Совершенствование координированного управления движением транспортных потоков высокой интенсивности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.10, кандидат технических наук Петров, Евгений Александрович

• Петров, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петров, Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1.

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1 Анализ существующих методов. координированного управления транспортными потоками.

1.2 Анализ процессов преобразования транспортных потоков.

1.3 Критерии качества управления движением.

1.4 Постановка задач исследования.

1.5 Выводы по первому разделу.

РАЗДЕЛ 2.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГРУПП АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ВЫСОКИХ.

ИНТЕНСИВНОСТЯХ ДВИЖЕНИЯ.

2.1 Описание процесса движения групп транспортных средств.

2.2 Модель преобразования групп автомобилей при движении. от стоп - линии.

2.3 Модель динамики преобразования групп автомобилей.

2.4 Связь параметров светофорного регулирования и. преобразования транспортного потока.

2.5 Выводы по второму разделу.

РАЗДЕЛ 3.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГРУПП ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

3.1 Постановка задачи.

3.2. Методика проведения эксперимента.

3.3 Анализ результатов эксперимента.

3.4 Выводы по третьему разделу.

РАЗДЕЛ 4.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.

4.1. Постановка задачи.

4.2 Расчет программ координации графоаналитическим методом.

4.3 Оценка эффективности предложенного метода.

4.4. Выводы по четвертому разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование координированного управления движением транспортных потоков высокой интенсивности»

Актуальность исследования. Концентрация автотранспорта в больших городах за последнее десятилетие стала причиной интенсивного роста загрузки подходов магистральных перекрестков и как следствие, увеличения количества непроизводительных остановок и торможений в потоке, уровня транспортных задержек, роста загазованности окружающей среды.

Эффективность эксплуатации автомобильного транспорта на городских дорогах в значительной степени зависит от комплекса мер по организации дорожного движения. При отсутствии должных решений по организации движения происходит преждевременный износ материальной части транспортных средств (ТС), износ шин, частые поломки в дороге и как следствие повышается риск возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Применение АСУД является одним из путей решения задачи организации дорожного движения по повышению уровня обслуживания участников движения.

Важнейшим мероприятием, направленным на повышение эффективности и качества работы автоматизированной системы является применение координированного управления движением транспортных потоков (ТП). Вместе с тем, методы, применяемые в системах координированного управления движением автомобилей, в настоящее время не в полной мере учитывают преобразование транспортных потоков на городских магистралях и не обеспечивают оптимальные условия по таким показателям как потери времени, безопасность движения, равномерность загрузки магистралей. В значительной мере это связано с несовершенством применяемых теоретических моделей ТП, и отсутствием достаточных обоснований применения используемых методов управления, значительно возросшим интенсивностям движения ТП. Перечисленные обстоятельства определяют актуальность настоящего исследования.

Предметом исследования являются характеристики транспортного потока высокой интенсивности и их изменение под воздействием уровня загрузки дорог.

Цель н задачи работы. Целью работы является повышение эффективности управления транспортными потоками высокой интенсивности с групповым характером движения на городских магистралях.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• теоретическое и экспериментальное исследование процесса преобразования групп транспортных средств при их приближении к перекрестку на разрешающий сигнал светофора;

• разработка метода управления, учитывающего изменения свойств транспортного потока (интервалы между последовательно движущимися автомобилями, образование или распад групп автомобилей) при различных значениях интенсивности движения;

• анализ влияния различных методов управления на изменение скорости сообщения.

Научная новизна работы заключается в установлении зависимости деформации транспортного потока с групповым характером движения в городских условиях от значения интенсивности движения.

Разработана модель преобразования групп транспортных средств различной интенсивности при движении по перегону с учётом действия программных сигналов светофора.

Разработан основной принцип управления группами автомобилей, когда разрешающий сигнал включается до начала торможения лидеров - сдвиг фаз в зоне опережения.

Предложен метод расчета сдвигов фаз в условиях координированного управления потоком высокой интенсивности с групповым характером движения.

На защиту выносится:

1. Модель преобразования транспортного потока на перегонах, позволяющая учитывать изменения его свойств при различных значениях удельной интенсивности движения.

2. Метод управления группами автомобилей, основанный на адаптации к движению лидеров группы ТС и заключающийся во включении разрешающего сигнала до начала торможения лидеров (сдвиг фаз в зоне опережения).

Практическая значимость работы заключается в определении реальных особенностей группового движения автомобилей в городских условиях. Реализация предложенного в работе метода управления транспортными потоками в условиях координированного управления приводит к снижению задержек, повышению скорости сообщения и уровня безопасности движения транспортных средств.

Внедрение с участием автора программ координации, составленных на основе предложенного метода, на магистралях с координированным управлением в таких городах как Белгород, Воронеж, Липецк, Пермь и Ижевск подтвердило эффективность предложенного метода (расчетный годовой экономический эффект, приведенный к одному перекрестку, составил тридцать тысяч рублей).

Реализация результатов исследования. Предложенный метод расчета сдвигов фаз применен при проектировании программ координации на ряде магистральных улиц с выраженным групповым движением потоков в таких городах как Белгород, Воронеж, Липецк, Пермь и Ижевск, а также используются в учебном процессе кафедры «Автомобили и безопасность движения» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях «Автомобили и безопасность движения» СибАДИ (г. Омск, 2002 и 2004 гг.), на Международной научно-практической конференции «Дорожно - транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (г. Омск, 2003 г.), на Шестой российской научно - технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (г. Оренбург, 2003 г.), на заседании научно — технической секции ЗАО «Автоматика - Д» (г. Омск, 2004 г.).

Публикации. По теме и результатам исследования опубликовано 7 печатных работ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 10 таблиц. Список использованной литературы включает 84 наименования, из них 20 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация автомобильного транспорта», Петров, Евгений Александрович

Результаты работы использованы для оптимизации режимов светофорного регулирования на ряде магистральных улиц с выраженным групповым движением потоков в таких городах как Ижевск, Воронеж, Белгород, Липецк, Пермь. Ориентировочный расчетный годовой экономический эффект от снижения задержек и уменьшения числа остановок, приведенный к одному перекрестку составил тридцать тысяч рублей (Приложение 3).

В качестве направлений дальнейшей работы можно рекомендовать применение автоматизированного процесса расчета программ координации с учетом интенсивности ТП.

1. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М., Транспорт, 1970.- 188 с.

2. Барышев M. JL, Драчевский В. И., Капитанов В. Т. Исследования эффективности автоматизированных систем управления дорожным движением: Методические рекомендации. - М.: ВНИЦБД МВД СССР, 1990. - 56 с.

3. Брайловский Н.О., Грановский Б.Н. Управление движением транспортных средств. М.: Транспорт, 1976. - 110 с.

4. Болдин А. П., Максимов В. А. Основы научных исследований и УНИРС/Учебное пособие. 2-е издание, перераб. и дополн. — М., 2002. - 276 с.

5. Боровиков В. STAT1STICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. - СПб.: Питер, 2001. — 656.

6. Владимиров В. А. и др. Инженерные основы организации дорожного движения. М.: Стройиздат, 1975.

7. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1976. — 870 с.

8. Гаврилов А. А. Моделирование дорожного движения. - М.: Транспорт, 1980.- 189 с.

9. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. По собие для втузов. Изд. 5 — е, перераб. И доп. М., «Высшая школа», 1977. - 479 с. Ю.Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. Пер. с англ. М.: Транспорт, 1972. - 423 с.

Н.Зырянов В. В. Методы моделирования скачкообразного изменения характеристик транспортных потоков. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МАДИ, 1992.

12.Иносе X., Хамада Т. Управление дорожным движением под ред. М. Я. Блин-кина : пер. с англ. М.: Транспорт, 1983. - 248 с.

13. Клинков штейн Г. И. Организация дорожного движения. Учебник для автомобильно - дорожных вузов и факультетов. М., «Транспорт», 2001. - 192 с.

14.Капитанов В. Т., Хилажев Е. Б. Управление транспортными потоками в го родах. М.: Транспорт, 1985.-94 с.

15.Капитанов В. Т., Шауро С. В., Якушин Л. А. Алгоритмы и методы расчета программ координации работы светофорной сигнализации на ЭВМ. МОСКВА, 1978.

16.Капитанов В. Т., Якушин Л. А. и др. Определение характеристик транс портных потоков для расчета программ координации. Методические рекомендации. М.: ВНИИБД МВД СССР, 1981. - 18 с.

17.Капитанов В. Т. Расчет параметров светофорного регулирования. М.: ВНИИБД МВД СССР, 1981.

18.Корн Г. и Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. - 600 с.

19.Кременец Ю. А. Технические средства организации дорожного движения: Учебник для вузов и факультетов. - М.: Транспорт, 1990. - 255 с.

20. Лобанов Е.М. Время реакции водителя. Труды МАДИ, вып.95, 1975.

21. Лобанов Е.М., Сильянов В.В. и др. Пропускная способность автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1970. - 150 с.

22. Лукьянов В.В. Безопасность дорожного движения. М., Транспорт, 1978. 247 с.

23.Методические рекомендации по координированному регулированию движения. Под общей редакцией Ю. Д. Шелкова. Москва 1977. - 96 с.

24.Нартов Б.К., Вялых А.Г., Петров В.В.Авторское свидетельство СССР № 1068963 от 22.09.83. Способ управления движением транспортных потоков на перекрестке.

25. Определение характеристик транспортных потоков для расчета программ координации: Методические рекомендации. /В. Т. Капитанов, В. М. Полукаров, Б. В. Россинский и Л. А. Якушин. -М.,1978. - 18 с.

26.Павленко М.Г., Петров В.В. Один из методов управления движением транс порта на сети с короткими перегонами. - В кн.: Город-Транспорт-Человек. Тез. докл. семинара, Челябинск, 1985, с.3-9.

27.Петров В. В., Шрайбер JI.3. Метод оценки оптимальной по экономическому критерию погрешности измерения транспортных потоков. - В кн.: Проблемы метрологического обеспечения систем обработки измерительной информации: Тез. докл. 1У Всесоюзной научно-технической конф., Москва, ГЭ82, с. 192-193.

28.Петров В.В. Адаптивное управление городскими транспортными потоками. - В кн. Проблемы разработки и внедрения автомобильных систем управления дорожным движением. Омск, НПО «Автоматика», 1990.

29.Петров В.В. Формирование транспортных потоков в условиях координированного управления. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МАДИ, 1990.

30.Петров В.В. Метод выбора сдвигов фаз при управлении движением транс порта на сети с длинными перегонами. - В кн.: Город-Транспорт-Человек. Челябинск, Уральский дом НТП, 1986. с. 10-12.

31.Петров В.В. Метод корректировки режимов управления АСУД. - В кн.: Го род-Транспорт-Человек: Тез. докл. семинара, Челябинск, Уральский дом НТП, 1984. с.8-9.

32.Петров В.В. О схемах организации движения на перекрестках. М. Сб. научных трудов МАДИ, 1990. В кн. Проблемы организации и безопасности дорожного движения.

33.Петров В.В. Особенности внедрения и развития в городах АСУ дорожным движением. - В кн.: Современные метода и средства создания и развития интегрированных АСУ городом., М., 1986, с.8-9.

34.Петров В.В. Применение эффекта торможения при координированном управлении. Омск, 1991. В сб. научных трудов СиБАДИ. Особенности движения автомобиля в режиме торможения.

35.Петров В.В. Система анализа организации движением в районе управления АСУ дорожным движением. Свердловск, 1991. В кн. Решение транспортных проблем крупных городов.

36.Петров В.В. Управление транспортными потоками в городах. //Экономика, организация и управление. - Омск: ОмГТУ, 2002. Омский научный вестник, вып. 21. с. 139-140.

37.Петров В.В., Ахмеджанов Р.А. Математическая модель длительности разъезда очереди автомобилей (Омский сиб. авто-дорожн. инст.), Омск, 1986, -3 с. Рукопись деп. в ЦБНТИ Мин-автотранса, РСФСР, № 410-АТ от 3.09,1986.

38.Петров В.В., Зыков И.В. Модель формирования групп автомобилей при подходе к перекрестку. Омский сиб. Авто —дорож. инст. Омск,1987, 14с. Рукопись деп. В ЦБНТИ Минавтотранса РСФСР №496-АТ от 30.07.87.

39.Петров В.В., Осипов С. А. Имитационное моделирование городских ТТТ. В кн. Имитационные эксперименты с моделями сложных систем. Калининград, 1989.

40.Петров В.В., Павленко М.Г. Один из методов управления движением транс порта сети с короткими перегонами. - В кн.: Город-Транспорт-Человек. Челябинск, Уральский дом НТП, 1986. с. 10-11.

41.Петров В.В., Шрайбер Л. 3. Анализ распадения группы автомобилей на перегоне. - В кн.: Технико - экономическое обоснование параметров дорог, Сб. научных трудов ОмПИ, Омск, 1986, с.44-47.

42.Петров Е. А., Рябоконь Ю. А. Технология координированного управления транспортными потоками высокой интенсивности. Прогрессивные технологии в транспортных системах: Сборник докладов Шестой российской научно — технической конференции. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. - С. 163 - 165.

43.Петров В.В., Шрайбер Л. 3. Использование скорости транспортного потока в качестве основного параметра в автоматизированных системах управления дорожным движением. М. 1990. В кн. Новые информационные технологии в АСУ городом.

44.Петров Е. А., Иноземцев А. В. К вопросу о настройке режимов управления АСУ дорожного движения в крупных городах. // Экономика, организация и управление. Омский научный вестник - Омск: Изд - во ОмГТУ, 2004. - вып. 2 (27)-С. 140- 142.

45.Петров В.В., Якушин Л.А. Технология координированного управления. М., ВНИЦ БД МВД СССР, 1988, 86с.

46.Петров Е. А. Моделирование движения транспортного потока высокой интенсивности. // Экономика, организация и управление. - Омск: ОмГТУ, 2002. Омский научный вестник, вып. 21. с. 137 - 138.

47.Петров Е. А. Оценка эффективности АСУ дорожным движением. // Экономика, организация и управление. - Омск: ОмГТУ, 2003. Омский научный вестник, вып. 22. с. 137- 138.

48.Петров Е. А. Технология координированного управления движением транс портных потоков высокой интенсивности на дорожно — транспортной сети города. // Экономика, организация и управление. — Омск: ОмГТУ, 2003. Омский научный вестник, вып. 22. с. 144- 145.

49.Печерский М.П., Хорович Б.Г. Автоматизированные системы управления дорожным движением в городах. М.: Транспорт, 1979. 176 с.

50.Петров В.В., Петров Е. А. Моделирование преобразования групп автомобилей при высоких интенсивностях движения. Ижевский ГТУ. Сборник научных трудов, вып. 23, стр. 46 - 47. Удмуртия, 2003.

51.Ряузов Н. Н. Общая теория статистики: Учебник для студ. экон. спец. вузов. 3 - е., перераб. и доп. - М.: Статистика, 1979. - 344 е., ил.

52.Редкозубов С.А. Статистические методы прогнозирования в АСУ. М.: Энергоиздат, 1981. - 152 с.

53.Романов А. Г. Закономерности дорожного движения в городах. М.: ВНИИБД МВД СССР, 1980. - 82 с.

54.Руководство по регулированию дорожного движения в городах. М.: Строй издат, 1974. 97 с.

55.Руководство технолога АСУ дорожным движением. Редакция №3. Омск, 1992.

56.Рэнкин В. У. и др. Автомобильные перевозки и организация дорожного движения: Справочник. Пер. с англ. -М.: Транспорт, 1981. - 592 с.

57.Рябиков Н. А., Байбулатов X. А., Байбулатова Н. X. О факторах, влияющих на формирование автотранспортных потоков «Транспорт: наука, техника, управление». М.: ВИНИТИ, 2001.

58.Сильянов В.В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и ор ганизации движения. М., Транспорт, 1977. - 303 с.

59.Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков. М.: «Мир», 1966.

60.Хилажев Е.Б., Ем В.А., Петров В.В. Оценка эффективности АСУД путем автоматического определения показателей качества управления в реальном масштабе времени. - В кн.: Город-Транспорт-Человек. Челябинск, Уральский домНТП, 1982. с.23-25.

61.Хомяк Г. Я, Старовойда В.П. Анализ движения транспортных потоков на пригородных дорогах. Научно-технический вестник «Безопасность дорожного движения», №2(7)-2000.

62.Якушин JI.A., Космачев А.Н. и др. Автоматизированные системы и технические средства управления дорожным движением. Изд. ВНИИБД МВД СССР. М., 1977. - 330 с.

63.Akcelik.R. Relating flow, density, speed and travel time models for uninterrupted and interrupted traffic/ Traffic Eng.+Contr. - 1996. - 37, №9. - c. 511 - 516. Англ.

64.Breiman Leo, Lawrence R.,Goodwin D. The statistical properties of freeway traf fie. // Traffic Eng.+Contr. - Received 31 January 1976. Англ.

65.Breiman Leo. The statistical properties of freeway traffic. / Traffic Eng.+Contr. -1977. Англ.

66.Chrissikopoulos V., Darzentas J. Aspects of headway distributions and platooning on major roads. // Traffic Eng.+Contr. — May 1982. Англ.

67. Continental claim to 30 metre car. Tyres and Access 2001, №1, с 60-61.- Англ.

68.Continental: 30 meter Bremsweg aus 100 km/h sind machbar. Polizei Verkehr + Techn. 2001.46, №2, c. 64. Нем.

69.Gartner N. Le problem de le synchronization des feux routiers: determination des decalages optimaux aux couts minimaux. Automatisme, 17, N 8 - 9 - Aout - Septembre 1972. Нем.

70.Gartner N.H., Little J.D.C., Gabbay N. Optimization of traffic signal settings in networks by mixed-integer linear programming. Cambridge, 1974. 249 - 252 p. Англ.

71.Kirkby С., BSc, MS с and Stroud P. G. The effect of motorcyclists' high-visibility aids on driver gap acceptance// Traffic Eng.+Contr. - 1978. - 405, №17. Англ.

72. Little J. The synchronization of traffic signals by mixedinteger linear program ming. OR, 1966. Англ.

73.Medelska Viera. Rozbiehanie vozidel nasvetelne riadenej krizovatke po zapnuti zelenoho svetla // Siln. Obz. - 1989. - 50, №9. - c. 271 - 272. - Соловац.

74.Robertson D. Transit method for area traffic control. Traffic Engn. Control, 11.6, 1969. Англ.

75.Swaroop D., Hedrick J.K. Constant spacing strategies for platooning in automated highway systems / Trans. ASME. J. Dyn. syst, Meas. and Contr. - 1999. — 121, №3. -c. 462-470. - Анг.

76.Tamura Y., Himei Y. Study on the relationship between fluctuation of time -headway and traffic flow conditions. // Ямагути дай гаку когакубу кэнгао холоку = Mem. Fac. Eng. Yamaguchi Univ. - 1991. - 42. №1. - с. 73 - 79. - Яп.; рез.англ.

77.Tonque В. Н., Packard А. К.; Sachi P. An approach to determine worst case pla toon behavior. Vehicle Syst. Dyn - №6 - 1997. c. 18-19. Англ.

78.Troutbeck R. Areview on the process to estimate the Cowan M3 headway distri bution parameters // Traffic Eng.+Contr. - 1997. - 3 8, № 11. Англ.

79. Von 100 dus Null in 30 metern. KFZ - Betrieb: Die Wochenzeitung fur Auto chaus und Werkstatt. 2000.90, №42, c. 40, 1 ил. Нем.

80. Webster F.V. and Cobbe B.M. Traffic Signals. Road Research Technical Paper № 56, London, 1966, pp. 111. Англ.

81.Wennell Jenny. Vehicle and driver effects on junction gap acceptance. / Traffic Eng.+Contr. - 1981. Англ.

82. Whitehead D. W., Rose K., Millar B. D. The use of empirical platoon profiles to minimize signal network delay. Traffic Eng+Contr., 17 January 1976. Англ.

83.Morgan J., Little J. Synchronizing traffic signals for maximal Bandwidth. Opera tional Research. 12, 6, 1964. s. 896 -912.

84.Исследование и разработка принципов построения системы автоматизированного проектирования АСУ дорожным движением: Отчет о НИР, т.2:(заключит.) /Специальное проектное конструкторское бюро промышленной автоматики (СПКБ ПА); руководитель канд. техн. наук А. П. Лопатин. -N гос. per. 01840084527; hhb.N 02850065183. -Омск, 1985. - 120с.