Использование системного подхода для обоснования состава и структуры моделей обеспечения безопасности дорожного движения

В.В. Меньших, П.В. Орехов

доктор физико-математических наук, профессор

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ МОДЕЛЕЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

THE USE OF A SYSTEMATIC APPROACH TO SUPPORT THE COMPOSITION AND STRUCTURE PATTERNS ENSURE

ROAD SAFETY

С использованием системного подхода к анализу функционирования системы обеспечения безопасности дорожного движения обоснован состав и структура моделей поддержки принятия решений при создании или изменении схемы обеспечения безопасности дорожного движения.

With the use of a systematic approach to the analysis of functioning of system of maintenance of road safety functionally complete composition and structure of models for decision support when creating or modifying the schema, ensure road safety is justified.

Введение. Ежегодно в Российской Федерации свыше 275 тысяч человек погибают или получают ранения в результате дорожно-транспортных происшествий (ДТП). По вине водителя в России происходит 90% аварий на дорогах. По данным Росстата, в каждом третьем происшествии причиной является превышение водителем максимально разрешенной скорости движения [1].

Как показано в [2], эффективность использования сил и средств обеспечения БДД для снижения уровня аварийности во многом определяется правильностью принятия решений по их размещению. По мнению ведущих специалистов, проблемы безопасности дорожного движения (БДД), в том числе и связанные с принятием оптимальных решений по размещению сил и средств обеспечения БДД, невозможно решать без фундаментальных и прикладных исследований, в основе которых лежат методы математического моделирования.

Данная работа посвящена исследованию вопросов обоснования состава и структуры математических моделей, которые необходимо использовать при разработке системы поддержки принятия решений по оптимизации размещения сил и средств обеспечения БДД. Исследование основано на использовании системного подхода.

Описательная модель системы обеспечения безопасности дорожного движения. Вся территория, на которой осуществляется обеспечение безопасности дорожного движения, представляет собой совокупность потенциальных мест размещения (ПМР) сил и средств обеспечения БДД. Каждое ПМР может быть охарактеризовано показателями, как непосредственно отражающими, так и косвенно влияющими на уровень аварийности. Как было показано в [3], общее количество таких мест, как правило, является столь большим, что оценить на каждом из них безопасность дорожного движения не представляется возможным.

Следует отметить, что используемый на сегодняшний день подход к оценке аварийности, как следует из приведенного в [3] анализа, не отражает реального уровня безопасности дорожного движения. В связи с этим возникает необходимость разработки модели оценки показателя, учитывающего ущерб, причиненный вследствие ДТП, как людям, пострадавшим в них, так и государству. Для оценки ущерба, причиненного пострадавшему вследствие ДТП, человеку предлагается принять показатели, указанные в [4]. Оценка ущерба, причиненного государству, рассчитывается на основании показателей, описанных в [5].

В процессе функционирования системы обеспечения БДД производятся оценки изменения уровня безопасности дорожного движения при изменении количества привлекаемых сил и средств к обеспечению БДД, требуемых затрат для приобретения дополнительных средств в целях достижения заданного уровня БДД, а также принимаются управленческие решения по изменению схемы обеспечения БДД, т.е. изменению расположения сил и средств обеспечения БДД. Указанные действия основаны на информации о количестве и типах имеющихся сил и средств обеспечения БДД, порядке несения службы нарядов, количестве и типе зафиксированных нарушений, количестве и типах аварий.

К оценкам, непосредственно отражающим уровень аварийности, относятся: количество ДТП на определённом контролируемом участке за некоторый промежуток времени с учётом тяжести их последствий К^ = ¡1 ,...,к51 [4], где к5 — повлекших только материальный ущерб; к5 — повлекших только легкие телесные повреждения; к5 — повлекших телесные повреждения средней степени тяжести и тяжкие; к5 — повлекших смерть одного потерпевшего; к5, — повлекших особо тяжкие последствия;

величина социально-экономического ущерба от ДТП К5 = ¡е 1,е2,е3

где е — ущерб от ДТП в результате гибели или ранения людей; е2 — ущерб от ДТП

вследствие повреждения автотранспортных средств и грузов; е3 — ущерб от ДТП вследствие повреждения дорожных сооружений.

Отметим, что оценки К1 , К вычисляются для некоторого контролируемого участка, на котором существенно влияние размещённых на ПМР сил и средств обеспечения БДД.

Социально-экономический ущерб от ДТП оценивается на основе народнохозяйственных потерь. К таковым относятся, например, затраты государственных органов социального и пенсионного обеспечения, потери служб по эксплуатации дорог, затраты ГИБДД на расследование ДТП и т.д.

К оценкам Кк ПМР, оказывающим косвенное влияние на безопасность дорожного движения, согласно [2, 3, 6], относятся Кк = ¡к\,...,к\ }, где:

кк — интенсивность дорожного движения; — средняя скорость движения транспортных средств; к3к — загруженность участка автомобильной дороги; к4к —

класс автомобильной дороги; к5к — сложность участка автомобильной дороги.

Обеспечение безопасности дорожного движения осуществляется с использованием личного состава Госавтоинспекции ,...^к } и электронных средств {г1 ,...,гс }, характеризуется множеством режимов работы ¡п,...,1су}, где ¡у — у -й режим работы средства I -го типа.

Классификация и анализ функциональных возможностей сил и средств, привлекаемых для обеспечения безопасности дорожного движения, приведены в [2].

Кроме того, имеется возможность одновременного использования различных способов обеспечения БДД как единого целого. Например, установка нескольких подряд стационарных средств позволяет фиксировать превышение максимально допустимой скорости путем измерения её среднего значения на участке.

Описанные характеристики определяют как возможности применения, так и ограничения на использование сил и средств обеспечения БДД. Также выбор их местоположения зависит от косвенных оценок, определяющих тип потенциального места размещения и влияющих на аварийность на данном участке.

Таким образом, описанные выше силы и средства и потенциальные места их размещения представляют собой систему обеспечения безопасности дорожного движения, имеющую сложную структуру взаимосвязанных элементов. Поэтому для анализа этой системы в интересах оптимизации функционирования целесообразно использовать системный подход [7—9].

Обоснование состава и структуры моделей поддержки принятия решений на основе использования системного подхода. При описании и анализе сложных систем, как правило, выделяют три уровня их детализации (рис.1) [10]:

микроуровень, на котором описывается функционирование отдельных элементов системы;

мезоуровень, на котором описываются взаимосвязи между элементами системы; макроуровень, на котором описывается функционирование системы в целом. К элементам системы, рассматриваемым на микроуровне, следует отнести : потенциально возможные места размещения сил и средств обеспечения безопасности дорожного движения с оценками аварийности на каждом из них; способы использования сил и средств обеспечения БДД.

На микроуровне системы обеспечения безопасности дорожного движения должны решаться следующие задачи:

мониторинг оперативной обстановки (учёт аварийности на контролируемой территории и сбор информации об использовании сил и средств обеспечения БДД); оценка уровня аварийности на каждом ПМР.

Рассмотрим подробнее процесс моделирования для каждого уровня иерархии.

На микроуровне должна быть разработана модель оценки аварийности на каждом потенциально возможном месте размещения сил и средств обеспечения БДД. Элементы микроуровня и их характеристики были описаны выше, поэтому обратимся к рассмотрению мезоуровня, на котором изучается взаимовлияние отдельных элементов системы.

л К

«о

0

1

МАКРОУРОВЕНЬ Система обеспечения безопасности дорожного движения

силы и средства

силы и средства

силы и средства

силы и средства

Мезоуровень

Рис. 1. Система обеспечения безопасности дорожного движения

Учитывать взаимное влияние ПМР друг на друга не имеет смысла, т.к. данное влияние не сказывается на изменении величины аварийности на всей совокупности ПМР.

Если силы и средства обеспечения БДД взаимно влияют друг на друга, то эффект их совместного использования, как правило, не является суммой эффектов использования каждого в отдельности. Например, установка двух взаимосвязанных фоторадарных комплексов, фиксирующих время прохождения участка дороги, позволяет выявить факт превышения транспортным средством максимально разрешённой скорости движения на этом участке. В таком случае, данные средства следует рассматривать как единый комплекс средств, имеющий собственные значения оценок влияния на уровень аварийности.

Оценка влияния сил и средств обеспечения БДД на снижение уровня аварийности для каждого конкретного ПМР определяется множеством характеристик Кк, К, т. е. описывается множеством О = |уц,...,ус^ где

у^,щ)=-3*{кк,К\ ,К%) — оценка влияния мобильного или стационарного поста sj на I -м ПМР на изменение уровня аварийности;

у(/,1ц,ик)=З2(кк,К15,К25) — оценка влияния средства г с режимом работы

¡ на к -м ПМР на изменение уровня аварийности.

Следовательно, на мезоуровне необходимо рассматривать влияние применяемых сил и средств обеспечения БДД на изменение уровня аварийности на ПМР. Сложность решения этой задачи, как было указано в [2, 3], заключается в том, что она должна решаться в условиях значительной неопределённости в связи с отсутствием статистических данных для каждого ПМР.

Таким образом, на мезоуровне необходимо разработать комплексы моделей З1 и З2 оценки параметров соответственно величин у,и) и У^^^ик) на основе использования значений характеристик К, К5 , К2 .

На макроуровне должно быть описано функционирование системы обеспечения безопасности дорожного движения в целом как единого объекта с учётом результатов моделирования на микро- и мезоуровнях.

На данном уровне выполняются следующие действия: оценка имеющихся сил и средств обеспечения БДД; определение требуемого уровня БДД на контролируемой территории; решение задачи оптимизации размещения сил и средств обеспечения БДД и оценка достигаемого при этом уровня БДД К (и).

Структурная модель взаимосвязи показателей, используемых на различных уровнях рассматриваемой системы, представлена на рис. 2.

В том случае, если при решении задачи оптимизации размещения сил и средств достигаемый уровень БДД не будет соответствовать требуемому уровню на контролируемой территории, то необходимо изменение состава и/или способа использования выделяемых сил и средств. Это может быть достигнуто, например, за счёт привлечения имеющегося резерва или принятия других управленческих решений. После изменения условий решение задачи оптимизации осуществляется до тех пор, пока не окажется выполненным описанное выше требование.

Показатель К (и) может быть рассчитан на основе результатов моделирования,

полученных на микро- и мезоуровнях, т. е. К (и ) = ет(п), где Ш — комплекс моделей оптимизации и оценки эффективности системы обеспечения БДД на контролируемой территории, разработка которого и должна быть целью решения задачи на макроуровне.

Заключение. Таким образом, на основе исследования системы обеспечения безопасности дорожного движения осуществлена её декомпозиция на микро-, мезо- и макроуровни, которая позволила:

определить совокупность показателей, характеризующих систему на каждом уровне, и установить взаимосвязи между показателями различных уровней;

определить на этой основе совокупность моделей, которые необходимы для оптимизации функционирования системы обеспечения БДД.

-а П ы со О

О

еь «

В

Модели оценки показателей аварийности на ПМР

Состав и организация работы сил и средств обеспечения БДД

т^ d Ь d 1 d\ К1

7^ с1 \ с1 с1\

К2 =е1 .•••.е3 )

--------^

кк =

к .-м!

-о

п

ы со О

О

м ы

-о

П ы со О

О

еь

Модели оценки влияния сил и средств на изменение аварийности на ПМР

)=31Г Кк, К.1, К 2

у Г,'л ,«к)=[кк_ к', кО

Модели оценки эффективности и оптимизации функционирования системы обеспечения безопасности дорожного движения

к

Вариант оптимального размещения сил и средств обеспечения безопасности дорожного движения

Рис. 2. Комплекс моделей оптимизации функционирования системы обеспечения

безопасности дорожного движения

Указанные модели, позволяющие повысить обоснованность и оперативность принятия решения по оптимизации функционирования системы обеспечения БДД, частично разработаны в [3, 11].

ЛИТЕРАТУРА

1. Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс] // Официальный сайт Федеральной службы государственной статистики. —

(дата обращения : 10.02.2016).

2. Меньших В. В., Орехов П. В. Оптимизационная модель контроля безопасности дорожного движения с возможностью использования фоторадарных комплексов // Вестник Воронежского института МВД России. — 2015. — № 1. — С. 21—30.

3. Меньших В. В., Орехов П. В. Алгоритм оптимизации контроля безопасности дорожного движения // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. — 2015. — № 5. — С. 30—35.

4. Уголовный кодекс Российской Федерации. Официальный текст : текст Кодекса приводится по состоянию на 23 сентября 2013 г. — М.: Омега-Л, 2013. — 193 с.

5. Методика оценки и расчета нормативов социально-экономического ущерба от дорожно-транспортных происшествий : Р-03112199-0502-00. Министерство транспорта Российской Федерации. — М., 2001. — 62с.

6. ГОСТ Р 52398-2005 Классификация автомобильных дорог. — М.: Стандар-тинформ, 2006. - 2 с.

7. Антонов А. В. Системный анализ : учеб. для вузов. — М. : Высш. шк., 2004.

— 454 с.: ил.

8. Аполов О. Г. Теория систем и системный анализ : курс лекций. — Уфа, 2012.

- 274 с.

9. Новосельцев В. И. Системный анализ : Современные концепции. — 2-е изд., испр. и доп. — Воронеж: Кварта, 2003. — 360 с.

10. Меньших В.В., Калков Д. Ю. Обоснование состава и структуры моделей поддержки принятия решений в укрупнённом пункте централизованной охраны с использованием системного подхода // Вестник Воронежского института МВД России. — 2015. — №2. — С. 142—148.

11. Меньших В. В., Орехов П. В. Моделирование способов контроля безопасности дорожного движения // Труды Академии управления МВД России. — 2015. — № 3 (35). — С. 68—71.

REFERENCES

1. Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj statistiki [Jelektronnyj resurs]. Oficial'nyj sajt Federal'noj sluzhby gosudarstvennoj statistiki. —URL:http://www.gks.ru (data obrashhenija : 10.02.2016).

2. Men'shih V. V., Orehov P. V. Optimizacionnaja model' kontrolja bezopasnosti dorozhnogo dvizhenija s vozmozhnost'ju ispol'zovanija fotoradarnyh kompleksov // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2015. — № 1. — S. 21—30.

3. Men'shih V. V., Orehov P. V. Algoritm optimizacii kontrolja bezopasnosti dorozhnogo dvizhenija / V.V. Men'shih, P.V. Orehov // Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol', diag-nostika. — 2015. — № 5. — S. 30—35.

4. Ugolovnyj kodeks Rossijskoj Federacii. Oficial'nyj tekst : tekst Kodeksa privoditsja po sostojaniju na 23 sentjabrja 2013 g. — M.: Omega-L, 2013. — 193 s.

5. Metodika ocenki i rascheta normativov social'no-jekonomicheskogo ushherba ot dorozhno-transportnyh proisshestvij : R-03112199-0502-00. Ministerstvo transporta Rossijskoj Federacii. — M., 2001. — 62s.

6. GOST R 52398-2005 Klassifikacija avtomobil'nyh dorog. — M.: Standartinform, 2006. — 2 s.

7. Antonov, A. V. Sistemnyj analiz: ucheb. dlja vuzov. — M.: Vyssh. shk., 2004. — 454 s.: il.

8. Apolov, O. G. Teorija sistem i sistemnyj analiz: kurs lekcij. — Ufa, 2012. — 274 s.

9. Novosel'cev V. I. Sistemnyj analiz: Sovremennye koncepcii. 2-e izd., ispr. i dop. -Voronezh: Kvarta, 2003. - 360 s.

10. Men'shih V.V., Kalkov D. Ju. Obosnovanie sostava i struktury modelej podderzhki prinjatija reshenij v ukrupnjonnom punkte centralizovannoj ohrany s ispol'zovaniem sistemnogo podhoda // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. —2015. — №2. — S. 142—148.

11. Men'shih V. V., Orehov P. V. Modelirovanie sposobov kontrolja bezopasnosti dorozhnogo dvizhenija // M.: Trudy Akademii upravlenija MVD Rossii. — 2015. — № 3 (35). — S. 68—71.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Меньших Валерий Владимирович. Начальник кафедры математики и моделирования систем. Доктор физико-математических наук, профессор, почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации.

Воронежский институт МВД России. E-mail: menshikh@list.ru

Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-10.

Орехов Павел Васильевич. Адъюнкт кафедры математики и моделирования систем. Воронежский институт МВД России. E-mail: s.r.t@bk.ru

Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-16.

Menshikh Valery Vladimirovich. The chief of the chair of Mathematics and Systems Modelling. Doctor of physical and mathematical sciences, professor.

Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: menshikh@list.ru

Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-10.

Orekhov Pavel Vasiljevich. Post-graduate cadet. Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: s.r.t@bk.ru

Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-16.

Ключевые слова: силы и средства; безопасность дорожного движения; системный подход; поддержка принятия решений; математические модели.

Key words: forces and means; road safety; system approach; decision support; mathematical models.

УДК 519.711.3:351.811