67

КУРС

ЛЕКЦИЙ

По предмету: «Моделирование дорожного движения»

Для специальности 240400 "Организация и безопасность движения"

Составил: доц. каф. ОПТ Горшенина Е.Ю.

Саратов, 2012 г.

ЛЕКЦИЯ 1

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1 Моделирование дорожного движения

Транспортная инфраструктура - одна из важнейших инфраструктур, обеспечивающих жизнь городов и регионов. В последние десятилетия во многих крупных городах исчерпаны или близки к исчерпанию возможности экстенсивного развития транспортных сетей. Поэтому особую важность приобретает оптимальное планирование сетей, улучшение организации движения, оптимизация системы маршрутов общественного транспорта. Решение таких задач невозможно без математического моделирования транспортных сетей.

При планировании движения на отдельном перекрестке или группе перекрестков или наглядной демонстрации общественности изменений, которые произойдут в случае строительства новых дорог, развязок и т.д., применяется программное обеспечение PTV Vision® Vissim компании PTV Vision (Германия), которая является мировым лидером в разработке специализированных программ в области транспортного планирования городов и регионов, организации движения индивидуального и общественного транспорта.

Основные выполняемые задачи при моделировании:

• сравнение и анализ вариантов пересечений и примыканий в зависимости от их типов (простое пересечение, канализированное, пересечение с круговым движением, развязки в разных уровнях и др.);

• выбор оптимальной схемы организации движения на перекрестке и оценка пропускной способности для каждого варианта движения;

• анализ и оценка пропускной способности и движения в зоне остановок общественного транспорта с учетом приоритета общественного транспорта;

• оптимизация работы светофорных объектов (расчет светофорных циклов);

• прогнозирование, анализ и ликвидация "узких" мест на улично-дорожной сети;

• прогнозирование, анализ и ликвидация автотранспортных пробок;

• создание наглядной презентации об организации дорожного движения.

В основу модели движения каждого транспортного средства заложена психофизическая модель восприятия.

Век бумажных технологий уже давно ушел в прошлое, ему на смену пришел век компьютерный. Поэтому прежде, чем решать, что важнее – реорганизация схем дорожного движения, реконструкция дороги или новая дорога, нужно провести компьютерное моделирование движения транспортных потоков, в который будут закладываться различные реальные параметры с автомобильных дорог.

С методологической точки зрения принято считать имитацию полезным инструментом тестирования и сопоставления альтернативных проектных решений, который позволяет заменить эксперименты над физической системой аналогами, имеющими дело с ее, системой, соответствующими формальными представлениями в терминах компьютерных моделей. Результаты подобных компьютерных экспериментов обеспечивают количественный базис, на который можно опереться при принятии решений. В соответствии с таким подходом имитационную модель можно трактовать в роли компьютерной лаборатории для проведения экспериментов с целью вынесения суждений, справедливых по отношению к моделируемой реальной системе. Другими словами, имитационную модель можно использовать для получения ответов на вопросы о системе наподобие "А что, если?...". И на основании этого уже будет приниматься какое-либо решение.

Для повышения эффективности анализа и управления безопасностью дорожного движения целесообразно использовать разработанную информационную систему, включающую подсистему анализа и прогнозирования уровня безопасности дорожного движения, позволяющую осуществлять сбор статистической информации оперативно просматривать данные о ДТП и прогнозировать уровень безопасности в краткосрочный и среднесрочный период, и подсистему двухуровневого управления транспортными потоками, реализующую алгоритмы регулирования параметров светофорной сигнализации и многопозиционных дорожных знаков и позволяющую исследовать эффективности альтернативных методов управления потоком транспорта.

Значительное расширение парка автомобильного транспорта при относительно медленном увеличении пропускной способности дорожной сети вызывает в последнее время значительные потери времени на пребывание транспортных средств в автомобильных пробках и увеличение числа дорожно-транспортных происшествий. Даже в тех городах, при проектировании которых учитывался факт нарастания потока транспорта (например, Тольятти), уже возникают затруднения, связанные с неконтролируемым темпом роста транспортных потоков.

На безопасность дорожного движения на городских автомагистралях помимо человеческого фактора значительное влияние оказывает эффективное регулирование транспортными потоками. Очевидно, что без расширения и модернизации улично-дорожной сети организация полноценного дорожного движения со временем становится невозможной. Это требует подключения для решения данной проблемы современных методов управления потоками транспорта, обеспечивающих высокий уровень эффективности функционирования городских автомобильных магистралей.

Как правило, большинство дорожно-транспортных происшествий происходит в пробках перед перекрестками или на перекрестках в результате недостаточно эффективного регулирования. При этом частота возникновения ДТП существенно ниже по сравнению с частотой переключения сигналов светофоров. В этой связи наиболее приемлемым представляется разработка и совершенствование систем управления транспортными потоками, обеспечивающих наилучшее распределение потоков транспорта.

Возникает необходимость создания средств моделирования и алгоритмизации процессов управления и контроля объектами транспортных потоков, направленных на снижение времени простоя на перекрестках, уменьшения очередей транспортных средств, уменьшения количества пробок, повышения скорости передвижения, и как следствие, повышение безопасности дорожного движения.

Лекция 2

1.2 Актуальность проблемы моделирования пробок

Уже на протяжении нескольких лет все серьезнее встает проблема большого количества автотранспорта в городе, крупных пробок на дорогах и, как следствие, серьезных экономических и временных затрат. Причин подобного явления несколько:

• большое число автолюбителей – людей использующих частный автотранспорт для перемещения по городу;

• концентрация деловых центров (крупных офисов, бизнес-центров) в исторических центрах городов, обусловленное, соображениями престижа;

• концентрация индустриальных зон (склады, заводы, промышленные базы) в черте города, между историческим центром и спальными районами, сложившаяся естественным образом в процессе расширения города – дороги нагружаются грузовым транспортом;

• небольшая пропускная способность магистралей, в основном в исторических центрах городов, обусловленная узкими магистралями, плохим дорожным покрытием, нетривиальными схемами проезда;

• неоптимальность дорожной разметки, знаков, режима работы светофоров;

• неопытность водителей: согласно разработанной командой европейских математиков теории, дорожный затор может образоваться из-за резкого торможения и связанных с ним особенностей человеческого восприятия.

Для решения подобных проблем в различных источниках независимыми обозревателями и аналитиками предлагаются различные мероприятия, направленные на различные сферы жизни общества:

• усовершенствование дорог и перекрестков: многоуровневые развязки,

выделенные полосы под общественный транспорт, полосы с переменным

направлением, отрезающие светофоры;

• различного рода ограничения, направленные на сокращение количества автомобилей: взимание платы за въезд, ограничение стоянок, ограничение въезда;

• пропаганда альтернативных средств перемещения: велосипедов,

мотороллеров, мотоциклов.

Разумеется, большинство этих мер не пользуется популярностью, поскольку вынуждает водителей отказаться от комфортной (а главное — своей!) машины в пользу общественного транспорта или объективно более опасного двухколесного средства передвижения. В качестве полумеры водители пытаются объезжать пробки по маленьким улочкам, что, в свою очередь, вызывает лишь расползание пробки. Иногда, впрочем, встречаются полумеры другого плана: москвичи предлагают меняться между собой работами для того, чтобы избежать лишних перемещений по городу. Там же предлагают найти попутчика от дома до работы для того, чтобы по возможности разгрузить общественный транспорт или автомагистраль.

Не менее важную роль в решении проблемы пробок играет и численное моделирование дорожного движения. Результаты, получаемые в ходе моделирования, могут иметь решающее значение при принятии тех или иных решений, которые касаются планирования дорожной сети в городе, установки дорожных знаков, введения новых правил, регламентирующих парковку или въезд в центр города и так далее. Моделирование пробок помогает не только отыскать наиболее оптимальный путь решения проблемы, но и убедить людей, которые отвечают за ситуацию на дорогах, в необходимости действовать.