РАЗДЕЛ 1 ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬx

РАЗДЕЛ 1 ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ
1.1
Исследование существующих методов решения
Вопрос решения проблем в транспортном движении и планирование
дорожной системы является актуальным вопросом для нашего времени,
особенно в области строительства новых дорог, модернизации старых, а
также регулирования транспортного движения для избегания пробок, низкой
пропускной способности дорог и т.д. Для решения проблем транспортного
движения в настоящее время создано несколько программных продуктов,
таких как IndorCad, PTV Vision и комплекс Credo.
Эти программы являются мощными в своей предметной области, но их
общим минусом является то, что все они платные. Также важно отметить,
что в них расчетом данных для имитационного моделирования должен
заниматься пользователь этого программного продукта, рельеф и геометрия
дороги определяются из готовых графиков и чертежей, которые должны быть
оформлены пользователем в соответствующих цифровых форматах, которые
изначально надо подготовить, это могут быть цифровые карты, чертежи либо
фотографии реальных объектов, соответствующе обработанные. Построение
трехмерной модели тоже должно быть с участием пользователя. Плюсом
этих программных средств является таблицы, характеризующие движение
транспортных средств, нахождение расстояния от пункта к пункту. Но опять
же важно отметить, что моделирование движения в них происходит для
конкретной ситуации, и при незначительном изменении какого-либо
параметра, к примеру количества полос, требуется полностью новые расчеты
для транспортного движения, которые должен произвести пользователь,
траекторию для каждого транспортного средства и только потом построения
3D модели при помощи специальных редакторов, что требует значительного
времени. То есть, эти программы хороши для визуализации какого-то одного
конкретного участка, но при изменении каких либо параметров необходим
полный расчет модели транспортного движения при помощи специальных
программ соответственно пользователем, построение чертежа, и только
потом будет возможно построение трехмерной динамической модели, при
помощи специальных прикладных программ для 3D моделирования.
Изменение
пользователь
геометрии
должен
дороги
изменить
происходит
чертежи,
таким
же
пересчитать
образом,
параметры
транспортного движения и только потом при использовании перечисленных
программ построить трехмерную модель движения.
Например, входными данными для программы PTV Vision являются:
- Сеть путей движения для различных видов транспорта, ее
свойства и правила движения в формате чертежа;
- Матрица транспортных передвижений, которая состоит из данных
транспортного предложения и транспортного спроса.
Соответственно, пользователем должна быть подготовлен чертеж
дорожной сети в определенном формате, а также таблица передвижений для
всех транспортных средств, это требует от пользователя большого
количества предварительных расчетов, подготовка чертежа, что занимает
большое количество времени и требует от пользователя знаний в этих
областях. Также тратиться большое количество времени на последующую
визуализацию движения, выполняемую программными средствами. Можно
также отметить, что в программах не присутствуют БД для хранения
информации о предыдущих моделированиях.
Программа «Дорожный менеджер» предназначена для моделирования
транспортных потоков в улично-дорожной сети города или региона.
Позволяет наглядно увидеть обстановку на улично-дорожной сети в случае
различных
дорожно-транспортных
ситуаций
или
при
изменении
конфигурации сети.
Возможности программы:
- Создание и редактирование модели УДС города или региона
- УДС в модели в точности соответствует конфигурации реальной
УДС города или региона и легко редактируется при изменениях в
реальной УДС;
- УДС в модели содержит: участки дорог, перекрестки, съезды с
дороги (например, во двор), остановки транспорта, светофоры,
нерегулируемые пешеходные переходы, оконечные станции
(точки начала или конца движения транспортных средств),
районы;
- для участков дорог устанавливаются: профиль, приоритет,
существующие ограничения проезда по типу транспортных
средств, минимальная и максимальная допустимая скорость,
степень затруднения проезда;
- программы работы светофоров в модели УДС задаются в точном
соответствии с реальными программами.
- Калибровка модели транспортных потоков по данным с детекторов
транспорта:
- в
процессе
калибровки
модели
транспортных
потоков
происходит сравнение трафика на участках УДС, где размещены
детекторы транспорта, с заданными эталонными значениями
трафика для данных участков. При этом фоновые потоки
распределяются таким образом, чтобы расхождение между
эталонными и получаемыми в ходе симуляции значениями
трафика было минимальным;
- в качестве эталонных значений трафика могут выступать
значения, полученные с реальных детекторов транспорта,
полученные в результате «ручных» замеров, либо вычисленные
эмпирическим путем;
- в
результате
калибровки
формируются
матрицы
корреспонденций, соответствующие реальным потокам в УДС
города или региона.
- Симуляция существующих и прогнозируемых транспортных потоков в
визуальном режиме наблюдения:
- пользователь
может
наглядно
наблюдать
за
ситуацией,
отражающей реальное состояние УДС города или региона в
разные дни недели и время суток;
- смена матриц корреспонденций, определяющих фоновые потоки,
и смена программ работы светофоров происходит в ходе
симуляции по заданному расписанию. Пользователь может
изменить значения интенсивностей движения в матрицах
корреспонденций либо внести коррективы в программы работы
светофоров и наглядно пронаблюдать, как такие изменения
отразятся на транспортных потоках;
- симуляция может проходить как в реальном времени, так и в
ускоренном режиме.
- Расчет значений параметров транспортных потоков в ходе симуляции:
- в ходе симуляции рассчитывается интенсивность движения на
отдельных участках УДС, которая может отображаться в виде
тепловой карты;
- интенсивность движения на отдельных участках УДС отражается
в отчете по итогам симуляции.
- Симуляция транспортных ситуаций на модели УДС в визуальном
режиме наблюдения:
- в ходе симуляции возможна установка перекрытий дороги,
исключающих возможность проезда по определенному участку
дороги, что дает возможность визуально оценить поведение
транспортных потоков в случае перекрытия дороги в реальности;
- перекрытие дороги может быть установлено на участок дороги
целиком, на отдельное направление или отдельную полосу
участка дороги;
- перекрытие дороги может быть установлено в двух режимах:
- без оповещения - при этом водители транспортных средств,
движущихся
в
направлении
данного
перекрытия,
предварительно не знают о нем;
- с оповещением - соответствует некой идеальной ситуации,
когда водители всех вновь выезжающих транспортных
средств оповещены о том, что определенный участок
дороги перекрыт, и выбирают другой маршрут своего
передвижения к пункту назначения.
- Расчет схем доставки для заданных транспортных заданий и анализ
исполнимости
планов
перевозок
методом
имитационного
моделирования:
- при определении транспортного задания указываются пункты
отправки и назначения, количество и тип перевозимых грузов,
ограничения по времени исполнения задания, приоритеты
отдельных задач;
- отдельно задаются состав и параметры доступных транспортных
средств;
- для транспортного задания рассчитываются одна или более схем
доставки и параметры исполнимости данного транспортного
задания;
- выполнение
пронаблюдать
транспортных
в
ходе
заданий
симуляции.
можно
При
этом
наглядно
грузовые
транспортные средства, выполняющие транспортные задания,
будут перемещаться на фоне потоков, заданных в матрицах
корреспонденций (текущих или прогнозируемых).
Преимущества:
-
Для построения модели транспортных потоков в программе не
требуется вносить большое количество статистических данных о
населении, рабочих местах, образовательных учреждениях и т.д.
Формирование модели осуществляется на основе эмпирических
данных по потокам на различных участках УДС и информации о
свойствах этих участков.
-
Применяемый
подход
позволяет
получить
высокую
степень
адекватности транспортных потоков в модели.
-
Алгоритм движения транспортных средств основан на принципах
выбора маршрутов реальными водителями и особенностях их езды.
При этом все параметры данного алгоритма могут быть изменены
пользователем с целью моделирования различных вариантов поведения
водителей.
-
В программе реализовано имитационное моделирование сложных
динамических систем на основе дискретно-событийного подхода, что
дает возможность выполнить симуляцию движения и взаимодействия
десятков тысяч транспортных средств на УДС.
-
Для построения модели УДС не требуется наличия ГИС-информации.
-
Модель
улично-дорожной
сети
не
имеет
территориальных
ограничений: возможно построение модели как для отдельного района
города, так и для целого региона.
-
При работе с программой не требуются профессиональные знания в
области транспортного моделирования.
Программа имеет современный интерфейс, легкий для понимания и
освоения.
1.2 Постановка задачи
Система проектирования транспортных потоков автомагистрали будет
характеризоваться следующими этапами:
1. Определение параметров моделируемой системы.
2. Осуществление моделирования системы на основе определенных
параметров и запись параметров в базу данных.
3. Анализ полученной модели (получение различных статистических
данных, анализ экстремальных ситуаций и т.д.).
4. Обеспечение постоянного обмена информацией, т.е. конструктор
может определять новые параметры моделируемой системы, которая в свою
очередь будет изменяться. Этот этап дает возможность анализа влияния
различных характеристик и факторов на дорожную сеть и на транспортное
движение.
5. Выбор оптимального решения на основе полученных в результате
моделирования данных.
В параметры моделируемой системы входят параметры транспортного
потока, параметры дорожной сети и параметры окружающей среды.
Параметры окружающей среды в свою очередь могут определять параметры
дорожной сети и транспортного потока. Окружающая среда включает в себя
рельеф, погодные условия, растительность и сооружения, и все это
непосредственно влияет как на автомобилиста, так и на характер его
управления транспортным средством, на систему дорог и на все
транспортное движение в целом, поэтому эти внешние факторы должны
учитываться.
1.3 Исследование предметной области
Итак, рассмотрев существующие программы, можно выявить основные
этапы.
Рис. 1.1 Диаграмма
На рисунке 1.1 видно, что для всех этапов, таких расчет данных и
построение трехмерной модели, необходима работа самого инженера,
расчеты и моделирование происходит при помощи специальных прикладных
программ. Для расчетов, это пакет математических программ, для
построения
трехмерной
модели
пакет
программ
для
трехмерного
моделирования.
Все это показывает необходимость автоматизации расчетов параметров
транспортного движения, геометрии дороги в зависимости от окружающей
среды, создание БД для хранения информации для моделирования и создания
модуля для построения окружающей среды, что будет реализовано в
программном продукте,, модуль для построения окружающего пространства.
Соответственно ЛПР должен только определять параметры системы внутри
данного программного продукта, без применения прикладных программ, и
получать
трехмерную
модель
на
выходе
со
всеми
параметрами,
определенными им. Соответственно, не должны требоваться от ЛПР знаний о
прикладных программах и большое количество времени на предварительные
расчеты и построения для последующего трехмерного моделирования.
Система проектирования транспортных потоков автомагистрали в
целом, будет представлять из себя объединение модулей, таких как модуль
построения моста, перекрестка с регулированием движения при помощи
светофора, модуль построения парковочной зоны, и также модуль
построения окружающей среды. Также будут главный модуль, модуль для
расчетов и модуль построения трехмерной модели транспортных потоков
дорог.