МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА УЧАСТКЕ АВТОДОРОГИ С ПЕШЕХОДНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

MODELING OF VEHICULAR TRAFFIC ON THE ROAD SECTION WITH PEDESTRIAN CROSSINGS

Ключевые слова: имитационное моделирование, транспортные потоки, микроскопические модели, многополосная автодорога

Keywords: imitation simulation, traffic flow, microscopic simulation, multi-lane highway

Работа направлена на решение задач, связанных с ростом количества автомобилей на автомобильных дорогах в условиях практически неизменной схемы дорожно-транспортной сети: прогнозирование возникновения транспортных пробок (например, когда число полос, предназначенных для движения, изменяется), поиск путей увеличения пропускной способности автомобильных дорог (например, путём установки светофорного регулирования или дорожных знаков). В рамках указанных проблем решена задача создания программного продукта, способного моделировать процесс движения автотранспортных средств на прямых участках автодорог согласно правилам дорожного движения с учетом знаков и пешеходных переходов.

The work is aimed at solving problems associated with the increasing number of cars on the roads in conditions of almost constant circuit traffic network: predicting the occurrence of congestion (for example, when the number change of bands designed for movement), finding ways to increase the capacity of roads (for example, through the installation of traffic control or traffic signs). Under these problems solved, the task of creating a software product that is able to simulate the motion of vehicles on straight sections of roads according to the rules of the road with signs and pedestrian crossings.

В настоящее время при изучении динамики транспортных потоков используют три класса моделей: макроскопические (гидродинамические), кинетические и микроскопические [1]. В данной работе используется имитационная микроскопическая модель, в которой явно моделируется движение каждого автотранспортного средства.

В основе подходов, использующихся в микроскопическом моделировании, лежит концепция о стремлении сохранять при движении безопасную дистанцию до лидера. При этом используются модели оптимальной скорости (например, модель Ньюэлла) и следования за лидером (используется, например, в программном пакете MITSIM). Одна из популярных моделей - модель разумного водителя (Intelligent Driver Model) Трайбера [2].

В микроскопическом моделировании воздействие одного транспортного средства на другое описывается некоторыми дифференциальными уравнениями. Такой подход во многих случаях позволяет достичь более точного описания движения автотранспортных средств по сравнению с макроскопическими моделями, однако на практике он, как правило, требует существенных вычислительных ресурсов. Микроскопические имитационные модели наиболее адекватно отражают поведение небольших транспортных систем, учитывают их особенности и поэтому представляют наибольший интерес.

Существующие программные комплексы (например, Aimsun, Vissim, RNM, TransNet, и другие), использующиеся в настоящее время для моделирования дорожно-транспортных сетей, имитируют движение автомобилей в различных условиях с возможностью учета разделения полос движения, индивидуального и общественного транспорта, знаков дорожного движения. В некоторых программах есть возможность работы с интеллектуальными системами управления движением. При одинаковом назначении такие программы имеют значительные различия в интерфейсе, системе ввода данных, используемой модели транспортной системы.

Как уже было отмечено выше, рассматриваемая в работе модель также относится к микроскопическому типу (в частности она опирается на модели клеточных автоматов и следования за лидером). Объектом моделирования является сложная система дорожного движения, состоящая из автомобилей, знаков дорожного движения, дорожной разметки и пешеходных переходов. При этом отдельные элементы такой системы взаимодействуют между собой. Таким образом, рассматриваемая модель представляет собой мультиагентную систему, в которой каждый автомобиль является сущностью, обладающей основными свойствами агента: активностью, реактивностью, автономностью, социальными чертами, целенаправленностью.

В рассматриваемой модели основным объектом моделирования выступает автомобиль, определяемый набором большого числа характеристик [3]. К основным характеристикам автомобиля можно отнести следующие: максимально возможная скорость движения автомобиля, максимально возможное ускорение автомобиля, ускорение при экстренном торможении, время реакции водителя, скорость движения автомобиля в текущий момент времени, текущее ускорение автомобиля с учетом обстановки на дороге, стиль езды, тип поддерживаемой дистанции. В нашей модели любой параметр для каждого транспортного средства может быть установлен индивидуально, что позволяет учитывать индивидуальные характеристики водителей и автомобилей.

Рассмотрим прямолинейный участок автомобильной дороги, состоящий из нескольких полос, предназначенных для движения. Каждую полосу автодороги разобьём на некоторые условные ячейки фиксированных размеров: каждая из таких ячеек может быть занята сегментом дорожного полотна, на котором может присутствовать автомобиль. При этом рядом с ячейками, содержащими полотно автодороги, могут присутствовать ячейки, содержащие дорожные знаки.

При разработке модели автомобиля также приняты следующие допущения.

  • 1. Предполагается, что, например, знак ограничения скорости предписывает транспортному средству заранее замедлить движение до допустимой скорости, а не двигаться так, чтобы впоследствии применять режим экстренного торможения.
  • 2. Большинство водителей соблюдают правила дорожного движения, в частности, не превышают максимально допустимого скоростного режима, разрешенного на дороге, и выдерживают безопасный интервал между транспортными средствами в зависимости от скорости движения (данные предположения в модели не являются обязательными, поэтому модель позволяет задавать, в том числе, и автомобили-нарушители).
  • 3. У каждого автомобиля-агента существует возможность запросить в любой момент времени некоторую информацию, относящуюся к другому участнику движения.

При моделировании транспортной системы необходимо постоянно учитывать взаимодействие элементов системы между собой, где под их взаимодействием понимается некоторое событие. Например, событие может быть связано с ситуацией, когда автомобиль, движущийся с более высокой скоростью, встречает на своей полосе автомобиль, движущийся более медленно. В таком случае водитель более быстрого транспортного средства может либо совершить маневр обгона, либо снизить свою скорость так, чтобы придерживаться заданной дистанции. Во втором случае дистанция между транспортными средствами определяется скоростью движения в полосе и типом поддерживаемой дистанции. Возможна также ситуация, когда какое-либо препятствие или другой участник движения появились неожиданно и при этом расстояние до них достаточно маленькое. Тогда происходит торможение с экстренным ускорением (здесь исход ситуации здесь будет зависеть от скорости позади идущей машины и расстояния: если скорость окажется высокой, а расстояние критически малым, то произойдет столкновение).

При совершении маневра обгона или объезда препятствия (например, стоящий на полосе автомобиль) каждый отдельно взятый автомобиль может менять полосу движения. В рассматриваемой модели алгоритм описания обгона и объезда препятствий является новым, и отличается от имеющихся аналогов.

Неотъемлемой частью автомобильных дорог выступают пешеходные переходы, поэтому в разрабатываемой нами модели реализовано взаимодействие между агентами-пешеходами и агентами-автомобилями. В качестве основной характеристики пешеходного перехода принята интенсивность появления пешеходов. Во время движения каждый автомобиль просчитывает расстояние до возможного пешеходного перехода, и как только данное расстояние становится меньше заданной зоны видимости перехода (обычно 100-250 метров), вызывается соответствующий метод, определяющий дальнейшее поведение транспортного средства, которое зависит от наличия пешехода на пешеходном переходе. Так, на регулируемом пешеходном переходе водитель транспортного средства и пешеходы руководствуются только сигналами светофора. На нерегулируемом пешеходном переходе пешеход старается как можно быстрее совершить маневр, практически не обращая внимания на автомобили.

Стоит отметить, что моделирование нерегулируемого пешеходного перехода является несколько более сложной задачей. В случае появления пешехода на переходе, автомобиль в случае необходимости начинает снижать скорость с некоторым комфортным для себя замедлением, если, конечно, это позволяет расстояние до пешехода; если же расстояние слишком мало, водитель предпринимает экстренное торможение с максимально возможным замедлением. Движение автомобилей вдали от пешеходного перехода описывается в основном так же, как это принято в работе [4].

Для описания элементов участка автомобильной дороги и участников движения при разработке моделирующей такую систему компьютерной программе использовался объектно-ориентированный подход. Таким образом, каждый отдельный элемент моделируемой системы обладает своим набором настраиваемых параметров. Каждый агент в любой момент времени на основе анализа своего состояния и состояния некоторых других участников движения принимает вполне адекватное решение. Так, например, каждый автомобиль, желающий совершить маневр обгона, руководствуется безопасным расстоянием как до впереди идущего автомобиля, так и расстоянием до позади идущего автомобиля, как по своей полосе, так и по полосе, на которую планируется выехать для совершения маневра.

Построенная система для моделирования дорожных ситуаций на многополосных участках автомобильных дорог может служить хорошим инструментом для прогнозирования развития ситуаций, связанных с образованием и развитием автомобильных пробок, а также может быть использована при построении более сложных моделей городских транспортных систем.

Библиографический список

  • 1. Швецов В.И. Математическое моделирование транспортных потоков // Автоматика и телемеханика. №11, 2003. - С. 3-46.
  • 2. Гасников А.В. и др. Введение в математическое моделирование транспортных потоков. М.: МЦНМО, 2012. - 376 с.
  • 3. Дмитриев В.Л., Ахмадеева Р.З. Некоторые подходы к моделированию динамики транспортных потоков // Сборник статей II Международной заочной научно-технической конференции «Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT- 2012)» 4.1. Тольятти: Изд-во Поволжского гос. ун-та сервиса, 2012. - С. 135-141.
  • 4. Евдокимова Н.Л., Дмитриев В.Л. Имитационное моделирование движения автомобилей на участке автострады // Сборник статей III Международной заочной научно- технической конференции «Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2013)». Тольятти: Изд-во Поволжского гос. ун-та сервиса, 2013. - С. 136-140.

© Лысенко Д.В., Дмитриев В.Л., 2014

Марков М.Д. Markov M.D.

магистрант института транспортных magistrant of the institute of transport

систем Нижегородского государствен- systems of Nizhniy Novgorod State

ного технического университета им. Technical University named by R.E. Ale- P.E. Алексеева, РФ kseev, Russian Federation

Корчажкин М.Г. Korchazhkin M.G.

канд. техн. наук, доцент кафедры Ph.D. assistant professor of department

«Автомобильный транспорт» Нижего- “Automobile transport” of Nizhniy Nov- родского государственного gorod State Technical University named

технического университета им. by R.E. Alekseev,

P.E. Алексеева, РФ Russian Federation

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >