СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАРШРУТА ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ДОРОЖНОЙ СЕТИ
GENERATION OF VEHICLE ROUTE IN ROAD NETWORK

Изобретение относится к области автоматизированного управления движением транспортных средств (ТС), заключающегося в автоматическом формировании маршрута движения ТС с возможностью минимизации последствий воздействия неблагоприятных факторов на участников движения вследствие возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) на потенциально-опасных объектах (ПОО).
Известен способ, который реализован в автомобильном навигационном приборе, имеющем память для хранения электронной карты местности, бортовую ЭВМ, дисплей и приемник дорожной информации (патент Японии №08044997, опубликован 16.02.1996 г.). Способ заключается в том, что определяют текущие координаты ТС, вычисляют кратчайший маршрут от начальной до конечной точки и отображают его на дисплее. С помощью приемника дорожной информации получают на ТС радиосообщение с информацией о дорожных «пробках» и «затруднение в движении» на дорогах, которые отображают на дисплее изменением окраски дороги в местах «пробка» и «затруднение движения». Причем степень изменения окраски соответствует степени затруднения движения ТС.
Недостаток способа состоит в том, что он не может быть применен для автоматического определения маршрута движения ТС.
Известен способ, который относится к области управления движением ТС, основанный на передаче навигационных команд ТС с дисплеем, отображающим карту (Патент RU 2377658, 2008, МПК G08G 1/0969 (2006.01), G01C 21/34 (2006.01), опубликован 27.12.2009 г., бюл. №36). Способ заключается в том, что создают модельную электронную скоростную карту дорожной сети (ДС) населенного пункта, отражающую среднестатистический скоростной режим движения на каждой дороге, которую вводят в память компьютера центральной станции (ЦС). На указанной карте создают дорожный граф, корректируют данные дорожного графа на основе информации об измененных знаках дорожного движения. От компьютеров ТС по каналу радиосвязи с заданной периодичностью передают на компьютер ЦС актуальные значения собственных средних скоростей, по ним определяют среднестатистический скоростной режим движения. Далее вычисляют отклонения между актуальными значениями средней и модельной скоростей на сегменте дорожного графа и по этим отклонениям формируют файлы «пробок» и «антипробок». Учитывая эти файлы и веса правых и левых поворотов, корректируют указанную карту ДС населенного пункта. Рекомендуемый оптимальный маршрут определяют с учетом уточненных параметров указанной карты ДС населенного пункта, принимаемой ТС от центральной станции с возможностью визуализации на экране дисплея ТС этих маршрутов на указанной карте и отображением текущего положения ТС.
Недостатком способа является относительная низкая точность определения оптимального маршрута движения ТС в силу однокритериального подхода к определению маршрута движения. Кроме того, в указанном способе не достигается оптимизация определенного маршрута движения ТС с учетом минимальных затрат на проезд по нему ТС.
CT
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>Σ</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>A</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>A</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>i</mi><mi>Φ</mi></msubsup></mrow>
Σ
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является «Способ определения оптимального маршрута транспортного средства» (Патент RU 2444794, 20108, МПК G08G 1/0969 (2006.01), G01C 21/34 (2006.01), опубликован 10.03.2012), заключающийся в том, что формируют модельную цифровую карту (МЦК) ДС в виде совокупности узлов (У) и ребер (Р) графа, содержащих их метрические и семантические данные и представляющие соответственно перекрестки и дороги выделенного региона, в память компьютера ЦС вводят дополнительные семантические данные о всех дорогах на дорожной сети выделенного региона и данные о метеоусловиях на дорожной сети, вводят МЦК в память компьютера ЦС, снабженной средствами радиосвязи и навигации, и передают ее по каналам радиосвязи на ТС, снабженные бортовым компьютером (БК), средствами радиосвязи и навигации, принятую i-ым ТС, где i=1, 2, …, N, МЦК вводят в память БК i-го ТС, кроме того, в БК i-го ТС вводят характеристики ТС и данные о запланированном маршруте движения i-го ТС, которые передают по каналу радиосвязи для ввода в память компьютера ЦС, с учетом среднестатистической скорости V движения ТС, определяемой семантическими характеристиками МЦК на каждом участке дороги, на ЦС для i-го ТС в виде совокупности ребер, заключенных между узлами графа ДС, формируют оптимальный маршрут, который обеспечивает минимизацию суммарных затрат
, где
- стоимость эксплуатационных расходов при перемещении i-го ТС по оптимальному маршруту, а
- стоимость аренды i-го ТС при перемещении по оптимальному маршруту, оптимальный маршрут передают по каналу радиосвязи на i-ое ТС, где его и МЦК отображают на компьютере ТС, от i-го ТС на ЦС по каналам радиосвязи передают сведения о фактической скорости
и местоположении i-го ТС, на основании которых на ЦС корректируют семантические данные МЦК с указанием наличия на ней «пробок» и «антипробок», также корректируют маршрут i-го ТС с учетом минимизации суммарных затрат S на проезд по нему i-го ТС, откорректированные месторасположения «пробок» и «антипробок» на МЦК передают на транспортные средства, движущиеся в пределах ДС выделенного региона, а также передают по каналу радиосвязи i-му ТС откорректированный маршрут.
Недостаток ближайшего аналога состоит в том, что он имеет узкую область применения, в частности, в случаях, когда в регионе, в котором сформирована ДС, расположены ПОО (химические предприятия, базы хранения токсичных газов и т.п.) и возможно, в случае ЧС на ПОО, возникновение зон, в пределах которых уровни вредных веществ, содержащихся в выбросах ПОО, будут превышать предельно допустимые уровни опасные для проезда по ним ТС с людьми.
Заявленное техническое решение расширяет арсенал средств данного назначения, в частности для формирования оптимального и безопасного маршрута движения ТС по ДС, в которой в силу ЧС могут возникать экологически опасные зоны.
CT
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>Σ</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>A</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>A</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>i</mi><mi>Φ</mi></msubsup></mrow>
Σ
0
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения оптимального маршрута ТС, заключающегося в том, что формируют МЦК ДС в виде совокупности У и Р графа, содержащих их метрические и семантические данные и представляющих соответственно перекрестки и дороги ДС, вводят МЦК в память компьютера ЦС, снабженной средствами радиосвязи и навигации, и передают МЦК по каналам радиосвязи на ТС, находящиеся в пределах ДС и снабженные БК, средствами радиосвязи и навигации, принятую i-ым, где i=1, 2, …, N, ТС МЦК вводят в память его БК, кроме того, в БК i-го ТС вводят характеристики ТС и данные о запланированном маршруте движения i-го ТС, которые передают по каналу радиосвязи на ЦС, и вводят их в память компьютера ЦС, с учетом полученных данных от i-го ТС и среднестатистической скорости V движения ТС по ДС на ЦС формируют в виде совокупности Р, заключенных между У графа ДС, маршрут движения для i-го ТС, который обеспечивает минимизацию суммарных затрат
, затрачиваемых при перемещении ТС от места нахождения в пункт назначения, где
- стоимость эксплуатационных расходов при перемещении i-го ТС по сформированному маршруту движения, а
- стоимость аренды i-го ТС при перемещении по сформированному маршруту движения, по каналу радиосвязи сформированный маршрут движения i-го ТС передают на i-е ТС, где с помощью БК его отображают на МЦК, от i-го ТС на ЦС по каналам радиосвязи передают сведения о фактической скорости
и местоположении i-го ТС, с учетом которых на ЦС корректируют МЦК с указанием на ней «пробок» и «антипробок», по данным откорректированной МЦК на ЦС корректируют маршрут движения i-го ТС с учетом минимизации суммарных затрат S на проезд i-го ТС по нему, откорректированные МЦК и маршруты движения ТС по каналам радиосвязи передают на ТС, находящиеся в пределах ДС. Дополнительно формируют систему мониторинга состояния потенциально-опасных объектов, находящихся в пределах ДС, которые снабжены средствами радиосвязи и установленными на них датчиками контроля состояния (ДКС) объекта, находящимися в состоянии «норма» при отсутствии на объекте чрезвычайных ситуаций или «авария» при их наличии. Задают предельно допустимые уровни (ПДУ) вредных веществ (ВВ), содержащихся в выбросах j-го ПОО, где j=1, 2, …, M, в зоне его расположения, рассчитывают прогнозируемые площади j-ых зон, в пределах которых уровни ВВ могут превысить ПДУ в случае возникновения на j-ом ПОО ЧС. Данные о состоянии ДКС передают через установленные временные интервалы Т на ЦС, при получении на ЦС от ДКС на j-ом ПОО сигнала «авария» с учетом фактических метеоусловий уточняют прогнозируемую площадь j-ой зоны и корректируют для i-го ТС маршрут движения, исключающий проезд У и Р графа ДС, находящихся в уточненной j-ой зоне с уровнем ВВ, превышающим ПДУ, передают повторно откорректированный маршрут движения для i-го ТС. В случае возникновения на j-ом ПОО ЧС на БК ТС дополнительно отображают местоположение j-ой зоны, в пределах которой уровень ВВ превышает ПДУ. Прогнозируемую площадь j-ой зоны, в пределах которой уровень ВВ может превышать ПДУ, для j-ого ПОО рассчитывают с учетом розы ветров в районе расположения j-го ПОО. При уточнении прогнозируемой j-ой зоны в качестве фактических метеоусловий учитывают силу и направление ветра, влажность и давление воздуха, наличие гидрометеоров.
Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков в заявленном способе реализован подход формирования оптимальных маршрутов движения ТС при образовании на указанных маршрутах зон с уровнем ВВ, превышающим ПДУ, вследствие возникновения ЧС на ПОО.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг.1 - Общая структурная схема управления и выбора маршрута движения транспортным средством;
фиг.2 - Схема дорог и потенциально-опасных объектов дорожной сети;
фиг.3 - Вариант формирования маршрута движения транспортного средства при нахождении потенциально-опасных объектов в состоянии «норма»;
фиг.4 - Вариант формирования маршрута движения транспортного средства при нахождении потенциально-опасного объекта в состоянии «авария».
Заявленный способ реализуют следующим образом.
1
2
N
1
2
M
0
Возможность реализации способа можно показать на системе, отображенной на фиг.1, которая включает навигационную систему, размещенную на космическом объекте 1, центральную станцию 2, снабженную компьютером и средствами связи, метеостанцию 3, снабженную средствами связи с ЦС 2, службу эксплуатации дорог 4, снабженную средствами связи с ЦС 2, службу регулирования движения 5, снабженную средствами связи с ЦС 2, другие службы 6, деятельность которых влияет на движение и которые также снабжены средствами связи с ЦС 2, совокупность ТС 7, 7, …, 7, каждое из которых снабжено средствами радиосвязи и навигации, обеспечивающими прием радиоданных по каналам 9 от космического объекта 1, определение своих координат и передачу данных по радиоканалам 10 на ЦС 2 о местоположении и фактической скорости, а также прием данных от ЦС 2 о фактической и прогнозируемой ситуации на ДС, систему мониторинга состояния потенциально-опасных объектов, которая включает совокупность потенциально-опасных объектов 8, 8, …, 8, находящихся в пределах ДС и снабженных ДКС, которые по каналам радиосвязи 11 через установленные временные интервалы T передают на ЦС 2 данные о состоянии ПОО 8.
1
2
M
Первоначально задают значения ПДУ ВВ в зонах расположения ПОО 8, рассчитывают прогнозируемые площади зон 14, 14, …, 14 (см. фиг.2), в пределах которых уровни ВВ могут превысить ПДУ в случае возникновения на ПОО 8 ЧС. Расчет прогнозируемых площадей для каждой зоны 14 вычисляют с учетом розы ветров в районе расположения ПОО 8, которая представляет собой статистическую векторную диаграмму, характеризующую вероятностное направление ветра в данном месте по результатам многолетних наблюдений (см. фиг.1). Порядок расчета подобных зон известен, см., например, «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». Государственный комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1987 г. или Г.П. Саков. Оценка состояния объектов народного хозяйства в условиях воздействия поражающих факторов ОМП, производственных аварий и катастроф. Учебное пособие. Новогорск: ВЦОК ГО, 1989.
Вводят исходные данные на ЦС 2 и характеристики ТС 7 в их БК. На ЦС 2 формируют МЦК ДС в виде совокупности узлов 12 и ребер 13 графа, содержащих их метрические и семантические данные и представляющих соответственно перекрестки и дороги ДС (см. фиг.2).
От ЦС 2 по каналам радиосвязи 10 передают на ТС 7 МЦК, которую вводят в память бортового компьютера i-го ТС 7. Затем в бортовой компьютер i-го ТС 7 вводят данные о запланированном маршруте движения i-го ТС 7 и передают их по каналу радиосвязи 10 на ЦС 2 для ввода в память компьютера.
4
4
4
4
4
CT
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>Σ</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>A</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>A</mi></msubsup></mrow>
Если на ЦС 2 от всех ДКС на ПОО 8 каналам радиосвязи 11 получен сигнал «норма», то на ЦС 2 с учетом полученных данных от i-го ТС 7 и среднестатистической скорости V движения транспортных средств 7 по ДС формируют в виде совокупности ребер 15, заключенных между узлами 16 графа ДС (см. фиг.3), маршрут движения для i-го ТС 7, который обеспечивает минимизацию суммарных затрат
, затрачиваемых при перемещении ТС 7 от места нахождения к пункту назначения, где
- стоимость эксплуатационных расходов при перемещении i-го ТС 7 по сформированному маршруту движения, а
- стоимость аренды i-го ТС 7 за время, затрачиваемое на перемещение по сформированному маршруту движения.
Сформированный маршрут движения для i-го ТС 7 от ЦС 2 по каналам радиосвязи 10 передают на i-ое ТС 7, где с помощью бортового компьютера его отображают на МЦК.
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>i</mi><mi>Φ</mi></msubsup></mrow>
Σ
От i-го ТС 7 на ЦС 2 по каналам радиосвязи 10 передают сведения о фактической скорости
и местоположении i-го ТС 7, с учетом которых на ЦС 2 корректируют МЦК с указанием на ней «пробок» и «антипробок». По данным откорректированной МЦК на ЦС 2 корректируют маршрут движения i-го ТС 7 с учетом минимизации суммарных затрат S на проезд i-го ТС 7 по нему, откорректированные МЦК и маршруты движения ТС 7 по каналам радиосвязи 10 передают на ТС 7, находящиеся в пределах ДС.
0
0
Данные о состоянии ДКС по каналам радиосвязи 11 передают через установленные временные интервалы, например через T=1 мин, на ЦС 2. Конкретные значения T для каждого ПОО 8 выбирают с учетом прогнозируемой скорости распространения площади зоны, в пределах которой уровень ВВ может превысить ПДУ в случае возникновения на ПОО 8 ЧС. Прогнозируемая скорость распространения площади зоны зависит от конкретных метеорологических условий в районе расположения ПОО 8, например, чем выше скорость ветра в районе j-го ПОО 8, тем меньше период передачи сигналов от ДКС на j-ом ПОО 8 по каналам радиосвязи 11 на ЦС 2.
3
4
4
При получении на ЦС 2 от ДКС на j-ом ПОО 8 по каналам радиосвязи 11 сигнала «авария» уточняют прогнозируемую площадь j-ой зоны 14 с учетом фактических метеоусловий, в качестве которых учитывают силу и направление ветра, влажность и давление воздуха, наличие гидрометеоров (см. фиг.4). Корректируют для i-го ТС 7 маршрут движения 17, исключающий проезд У 18 и Р 19 графа ДС, находящихся в уточненной прогнозируемой зоне 20 с уровнем ВВ, превышающим ПДУ, передают повторно откорректированный маршрут движения 21 для i-го ТС 7.
В случае возникновения на ПОО 8 ЧС на БК ТС 7 дополнительно отображают местоположения зон 14, в пределах которых уровни ВВ могут превысить ПДУ, что позволит участникам движения заблаговременно отказаться от проезда по зараженным зонам.
Для i-го ТС 7, которое в момент возникновения ЧС на ПОО 8 находится в зоне с уровнем ВВ, превышающим ПДУ, на ЦС 2 в момент получения по каналам радиосвязи 11 сигнала «авария» формируют маршрут движения, который обеспечивает выезд из указанной зоны за минимальное время. Сформированный маршрут движения для такого i-го ТС 7 по каналам радиосвязи 10 передают на i-ое ТС 7.
Корректировка всех маршрутов движения ТС 7 вследствие возникновения ЧС на ПОО 8 на ЦС 2 производится с учетом возможного образования «пробок» на участках ДС из-за массового объезда и выезда из зараженных зон 20. Движение ТС 2 по таким маршрутам позволяет избежать создания «пробок» в пределах ДС, особенно в местах, где участники движения могут быть подвержены воздействию неблагоприятных факторов вследствие распространения зон 20 с уровнем ВВ, превышающим ПДУ.
Таким образом, предпринятая совокупность действий обеспечивает формирование таких маршрутов движения ТС, следование по которым позволяет совершать объезд транспортными средствами зон с уровнями ВВ, превышающими ПДУ, вследствие возникновения ЧС на ПОО, а также выезд за минимальное время из зараженной зоны, если ТС на момент возникновения ЧС на ПОО находится в ней.
Реализация указанного способа позволит существенно снизить потенциальный ущерб, который может быть нанесен участникам дорожного движения вследствие воздействия неблагоприятных факторов при возникновении чрезвычайных ЧС на ПОО.