Некоторые аспекты решения сетевой задачи организации дорожного движения в городах

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РЕШЕНИЯ СЕТЕВОЙ ЗАДАЧИ ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ В ГОРОДАХ

О.В. Денисенко, доцент, к. т.н., В.А. Вдовиченко, доцент, к.т.н., А.П. Калиниченко, доцент, к. т.н., ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрены вопросы сбора информации для решения сетевой задачи, корректного перехода от транспортного района (ТР) к транспортному узлу (ТУ) и возможность программного решения задачи распределения транспортных потоков (ТП) в транспортных узлах.

Ключевые слова: объем отправления, объем прибытия, транспортный узел, транспортный район, интенсивность.

Введение

Для определения алгоритмов управления дорожным движением необходимо понять и определить природу формирования ТП, чтобы полноценно исследовать транспортную систему (ТС) сети.

В современной науке предпочтение при таких исследованиях отдается методам моделирования ТС, при этом преимущества моделей позволили получить им распространение и при проектировании систем управления дорожным движением [1, 2].

Бессмысленно разрабатывать модель, которая точно воспроизводит все детали системы, поскольку это очень усложняет процесс проектирования. Поэтому при моделировании всегда используется ряд аппроксимаций реальных свойств системы. Хорошая модель всегда должна быть одновременно точной и простой. Поэтому при исследовании характеристик системы в целом используют грубые модели, в которых вводятся существенные упрощения, а ряд деталей опускается. Таким образом, необходимо получить модель, которая реально представляет картинку транспортных потоков и доступна для системного анализа. При этом можно надеяться, что используемая модель приведет к оптимальному проекту системы управления движением.

Анализ публикаций

Для анализа функционирования транспортной сети и прогнозирования ее состояния используются модели распределения ТП по транспортной сети. Среди существующих моделей и программного обеспечения оценки эффективности и функционирования транспортных сетей можно выде-

лить ряд наиболее интересных, отличающихся уровнем точности решений, различной сложностью и реальной ценой [1-3].

Известные программные наработки зарубежных исполнителей в области моделирования транспортных потоков отличаются высокой стоимостью и поэтому практически недоступны небольшим коллективам, решающим узкие задачи хоздоговорной тематики по организации дорожного движения или учебного процесса. В таких условиях приходится ориентироваться либо на доступное программное обеспечение, либо на собственные разработки с ограниченными возможностями. Одной из таких разработок является программа, реализованная с помощью предложенного алгоритма [1] и применяемая в течение ряда лет кафедрой транспортных систем ХНАДУ.

При составлении таких моделей сеть разбивается на отдельные ТР, для которых существуют свои значения объема отправления (НО) и объема прибытия (НР) транспортных средств. При моделировании улично-дорожной сети (УДС) она традиционно представляется в виде плоского ориентированного графа, вершины которого являются перекрестками, а дуги - участками дорог между перекрестками. Определение характеристик транспортной сети по этой программе предусматривает решение следующих задач: расчет матрицы кратчайших расстояний; расчет матрицы корреспонденций; оценка эффективности функционирования транспортной сети. Расчет матрицы кратчайших расстояний выполняется по одному из трех критериев. Корреспонденции между / и ] узлами транспортной сети рассчитываются на основе гравитационной модели прогнозирования. Эта модель имеет систему ограничений, одним из

Рис. 1. Фрагмент топологической схемы транспортной сети

условий которой является необходимость приобщения всех НО, и НР, района к прилегающему /-му узлу. Такое допущение, как правило, приводит к разбалансу интенсивностей входящих Нвх/ и выходящих Нвых/ ТП данного узла, поскольку в очень редких случаях НО, = НР,. По этой причине указанная программа имеет ряд недостатков, среди которых необходимо отметить следующие:

а) возможность предписания объемов прибытия (НР) и объемов отправления (НО) только к транспортным узлам (ТУ);

б) смысловой конфликт при переходе от транспортного района (ТР) к ТУ;

в) разбалансировка объемов отправления и прибытия транспортных средств и транспортных потоков в ТУ (локальном объекте);

г) отсутствие возможности прямого определения распределения ТП в ТУ (для проектного исследования локальных объектов).

Перечень этих недостатков позволил поставить задачу определения возможности их дальнейшего устранения.

Цель и постановка задачи

Целью является обсуждение некоторых предложений решения задачи объективного и рационального сбора информации об объемах прибытия и отправления по транспортной сети, позволяющих обеспечить корректный переход от ТР к ТУ, а также возможность программного способа балансировки локального объекта и определения распределения транспортных потоков в ТУ. Согласно этой цели были поставлены следующие

задачи исследований:

а) разработка методики сбора информации об НР и НО по транспортной сети;

б) разработка технологической схемы корректного перехода от ТР к ТУ;

в) разработка подхода к возможности балансировки ТУ и определения распределения в нем транспортных потоков на базе используемого программного обеспечения.

Методика решения проблемы

Алгоритм действий, позволяющий устранить указанные недостатки, может выглядеть следующим образом.

1. Составляется граф транспортной сети рассматриваемого района в традиционном виде (укрупненная схема).

2. Производится сбор информации для решения сетевой задачи (характеристики УДС, объемы НР и НО по пунктам тяготения транспортных средств), при этом эта процедура имеет некоторые особенности, обусловленные со сложностью объективного и точного определения НО и НР. Это связано с тем, что указанные показатели желательно определять одновременно со всеми другими характеристиками потоков на всех элементах УДС, что практически не реально даже при большом количестве наблюдателей. Поэтому предлагается для определения НО и НР осуществить деление каждой дуги сети на участки длиной 50-150 м (желательно на четное число с равной длиной между каждыми соседними узлами). На таких участках в поле зрения одного наблюдателя можно осуществлять определение НО и НР традиционным методом.

3. Затем осуществляется районирование, т.е. определение ТР вокруг каждого транспортного узла путем деления прилегающих к узлу дуг на две равные части между всеми соседними узлами (рис. 1). Участки УДС, прилегающие к ТУ, формируют НО и НР этого укрупненного узла, а их разность дает разбаланс Тр.

4. Следующий этап заключается в решении с помощью программы традиционной сетевой задачи с целью определения адекватности рассматриваемой сети и предложенной модели. По данным решения сетевой задачи, как уже указывалось, возможно определить ТП на подходе к каждому ТУ и на его выходе (в общем случае для Х-образного перекрестка без ограничений направлений движения можно определить 8 значений ТП). При этом неопределенным остается полное распределение ТП по всем 12 направлениям Х-образного перекрестка. Устранить этот недостаток позволяют следующие этапы алгоритма.

5. Для корректного перехода от ТР к локальному объекту ТУ составляется технологическая схема локального объекта в следующем виде (рис. 2). Начальные пункты технологической сети относятся к середине прилегающих к ТУ звеньев и определяют условные границы данного транспортного района. Затем в эту технологическую схему включаем все объекты транспортного тяготения ТР (6-12).

6. Переход к более детальной схеме ТР осуществляется с детализацией самого локального объекта (ТУ), для чего определяются характеристики последней локальной сети в следующей последовательности:

а) Узлы 1, 2, 3, 4 являются конечными, и объемы прибытия НР и отправления НО определяются по интенсивностям движения на звеньях. Например:

НР^^НО^^; НР2=Мб-з; НО2=^-б. (рис. 1);

б) ТУ, входящие непосредственно в перекресток 5 (51; 52; 53; 54), должны иметь НО = 0 и НР = 0;

в) остальные ТУ локальной сети имеют НО и НР, которые определяются на основе сбора информации по пунктам тяготения из основной (укрупненной) задачи.

7. Характеристика звеньев ТУ 5 (по длине) может быть задана для данной конкретной программной реализации следующим образом. Звенья перекрестка принимаются в целочисленных значениях. Участки локального объекта (перекрестка) желательно представить одинаковой длины 51—52 = = 52 - 53 = 53 - 54 = 54 - 51. В уточненном виде эти участки могут воспроизводить геометрию перекрестка.

8. Далее разрабатывается схема запрещенных маневров по локальной сети перекрестка. Зависеть она будет от ограничений движения по перекрестку. Если, например, на рассматриваемом

традиционном Х-образном перекрестке ограничения запретных направлений отсутствуют, схема запретных маневров по локальной сети будет такова:

51 - 52 - 53; 52 - 53 - 54; 53 - 54 - 51; 54 - 51 - 52;

51 - 54 - 53; 54 - 53 - 52; 53 - 52 - 51; 52 - 51 - 54;

51 - 53 - 54; 51 - 53 - 52; 53 - 51 - 52; 53 - 51 - 54;

52 — 54 — 51; 52 — 54 — 53; 54 — 52 — 51; 54 — 52 — 53 .

Если на перекрестке имеются ограничения движения по направлениям, тогда к указанным выше ограничениям добавится и это ограничение.

9. Затем осуществляется расчет по программе гоп_е1 в рамках локальной сети, в результате которой расчетным путем получают распределение интенсивностей движения по всем направлениям на сбалансированном перекрестке.

Рис. 2. Технологическая схема локального объекта

Заключение

В результате проведенных исследований предложена методика сбора информации об НР и НО по транспортной сети, позволяющая обеспечить логический переход от модели функционирования транспортной сети к модели локального объекта.

Литература

1. Лобашов А.О., Лютый В.В. Алгоритм распре-

деления транспортных потоков в городах // Автомобильный транспорт. - Харьков: РИО ХГАДТУ: Сб. науч. тр. - 2000. - Вып. 4. -С. 101-103.

2. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В.,

Яшина М.В. Автотранспортные потоки и окружающая среда. - М.: ИНФРА-М. 1998. - 408 с.

3. Брайловский Н.О., Грановский Б.И. Моделиро-

вание транспортных систем. - М.: Транспорт, 1978. - 126 с.

Рецензент: М.А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 13 апреля 2005 г.