І. В. Макарова, Р. Г. Хабібуллін, К. А. Шубенкова. 4-я Всеросійська науково-практична конференція з імітаційного моделювання ИММОД 2009. Санкт-Петербург. 21-23 жовтня 2009 р
Актуальність дослідження
У переліку критичних технологій РФ на період до 2010 року безпеку руху, керування транспортом були виділені як пріоритетні напрямки.
Забезпечуючи нову якість життя людей і сприяючи розвитку ринкової економіки, автомобілізація супроводжується і негативними наслідками. Одним з них є збиток від дорожньо-транспортних пригод (ДТП). Щорічно на російських дорогах гинуть 35 тис. Чоловік, 200 тис. Осіб отримують каліцтва.
Як показує аналіз стану транспортної мережі міст і способів організації дорожнього руху, існує цілий ряд проблем, які вимагають пошуку науково обґрунтованих шляхів вирішення.
Існуючі способи вирішення проблеми
На сьогоднішній день пропонується безліч варіантів вирішення проблеми, як технічних, так і організаційно-управлінських, таких як: перехід на малолітражні автомобілі, створення гумових доріг, підвищення культури водіння, використання інформаційних технологій та математичних методів і моделей управління.
Існуючі методи аналізу та обробки статистичної інформації дозволяють виявляти закономірності і аналізувати процеси в складних організаційно-технічних системах, до яких можна віднести і транспортно-дорожній комплекс. Для цих цілей створюються інформаційні системи, використовуються імітаційні моделі, методи статистичного аналізу і прогнозування. Однак результати аналізу будуть коректними тільки в тому випадку, якщо інформація, на основі якої він проводиться, буде повною, добре структурованої і формалізованої. В даний час труднощі формалізації процесу руху транспортного потоку стали серйозною причиною відставання результатів наукових досліджень від вимог практики.
Оскільки організація управління транспортними потоками відноситься до такої області, де проведення натурного експерименту важко або неможливо, імітаційне моделювання в багатьох випадках стає єдиним інструментом ефективного прийняття рішень в даній області. Одним з основних переваг цього методу є те, що на відміну від аналітичного імітаційне моделювання транспортних потоків дозволяє багаторазово відтворювати досліджувану систему і визначати оптимальну її стан.
Таким чином, створення імітаційної моделі маршрутної мережі міста на основі наукового аналізу статистичної інформації дозволить демонструвати, а також прогнозувати ситуацію на дорогах м Набережні Челни.
Розробка імітаційної моделі маршрутної мережі міста і експеримент на моделі включали в себе три етапи:
- Розробка імітаційної моделі маршрутної мережі міста;
- Комп'ютерний експеримент з моделлю - виділення найбільш перевантажених ділянок;
- Вироблення рекомендацій щодо перерозподілу транспортних потоків на основі аналізу імітаційної моделі.
Моделювання транспортних потоків м Набережні Челни. Відмінні риси моделі
Авторами [4] пропонується для аналізу транспортних потоків використовувати модель системи міського громадського транспорту, реалізовану засобами мови GPSS. Створення такої моделі було обумовлено необхідністю вирішення транспортної проблеми великих міст Росії, оскільки їх транспортна інфраструктура не відповідає сучасним вимогам і зростання числа автомобілів.
Набережні Челни - місто молоде і в силу цього порівняно компактний, до того ж він проектувався з урахуванням можливого зростання на дорогах кількості як індивідуального, так і пасажирського транспорту. Однак навіть ці заходи (широкі проспекти, прямокутне планування, винос трамвайних ліній за межі руху автотранспорту) не знімають проблеми перевантаженості автомобільних доріг міста, особливо в так звані «години пік».
Пропонована модель має свої відмінні риси, зумовлені особливостями як міста, так і середовища моделювання.
Для розробки імітаційної моделі дорожньо-транспортної мережі була обрано середовище імітаційного моделювання AnyLogic, оскільки в даному середовищі реалізовані засоби візуалізації моделі, існує можливість створення бібліотеки об'єктів і є кошти для проведення оптимізаційного експерименту на моделі.
Для побудови моделі роботи міського маршруту оголошені наступні класи для опису реальних об'єктів: Root, Line, Peregons, Stopplace.
Root є основним класом, що описує транспортну мережу міста. Як видно з рис. 1, в ньому побудована блок-схема з допомогою об'єктів бібліотеки Enterprise Library, а також двох активних об'єктів Line, що моделюють роботу кожного напрямку маршрутів. Клас Line, в свою чергу, має дочірні класи Peregon і Stopplace, об'єкти яких моделюють відповідно перегони між зупинками і безпосередньо зупинки з незавершеними людьми на них. Активний об'єкт Line включає в себе необхідну кількість об'єктів Peregons і Stopplaces, генератор заявок (автобусів) Sourse, а також блок знищення заявок і підрахунку статистичних даних Sink. Всі об'єкти в моделі взаємопов'язані один з одним.
Маршрутна мережа міського пасажирського транспорту містить 34 маршруту, проте на інтерактивну карту міста при розробці моделі було накладено 7 маршрутів з усіма пунктами зупинок на лінії і кінцевими зупинками. Це дозволило провести комп'ютерний експеримент і оцінити ефективність ідеї створення подібної моделі. Також було задано кількість транспортних засобів (ТЗ) кожного типу, безпосередньо діючих на кожному з маршрутів, з урахуванням таких вхідних параметрів моделі, як місткість і швидкість руху кожного з них. Інтервали руху транспортних засобів на маршрутах задавалися згідно з графіком руху. Час виходу на лінію, час знаходження на зупинках, а також кількість пасажирів на зупинках були задані певними законами в залежності від часу доби. Вихідними даними для виведення математичних залежностей служила статистична інформація результатів натурних спостережень.
Комп'ютерний експеримент з моделлю
Суть імітаційного експерименту на моделі полягає в тому, що мікроавтобуси різних типів, з різними швидкостями руху і різною місткістю, виходячи із заданим інтервалом часу на лінію, переміщаються по маршрутам від одного зупинкового пункту до іншого, зупиняються в них, висаджують пасажирів і забирають людей з зупинки. Поява людей на зупинках задається також за певним законом в залежності від часу доби.
Мал. 1. Вікно проекту, активного класу об'єкта Root
Модель дозволяє фіксувати кількість маршрутних транспортних засобів на кожному перегоні (ділянці дороги між пунктами зупинок) в кожен момент часу. Ступінь завантаженості ділянок маршрутної мережі міста на моделі визначається колірним забарвленням. Так як протягом дня інтенсивність руху пасажирського транспорту змінюється, то колір ділянок маршрутної мережі міста в моделі також буде змінюватися в залежності від кількості транспортних засобів на перегоні в даний момент часу.
Таким чином, при проведенні експерименту на моделі можна визначати ступінь завантаженості ділянок маршрутної мережі міста в кожен період часу. Крім того, модель дозволяє змінювати вихідні параметри (розклад автобусів, тип і кількість транспортних засобів на маршруті, самі маршрути, швидкість руху автобусів і т.д.) і проводити аналіз зміни ситуації.
Перерозподіл транспортних потоків на основі аналізу імітаційної моделі
Результати експерименту на імітаційної моделі дають підстави для вироблення рекомендацій щодо оптимізації маршрутної мережі міста, щодо зміни деяких маршрутів слідування міського пасажирського транспорту з метою об'їзду найбільш завантажених ділянок. Крім того, такий аналіз спрямований на підвищення якості функціонування транспортної системи міста шляхом зниження ймовірності ДТП і виключення простою маршрутних транспортних засобів внаслідок заторів і пробок, а також сприяє своєчасності доставки пасажирів.
Аналіз результатів імітаційного експерименту свідчить про те, що один з центральних проспектів міста перевантажений, оскільки основна частина маршрутів проходить по даному проспекту. З метою дослідження можливості розвантаження вказаної ділянки на моделі були змінені інтервали руху автобусів по одному з маршрутів. Було виявлено, що дана міра сприяє зниженню напруженості на даній ділянці. Крім того, аналіз заповнення транспортних засобів і черг на зупинках показав, що навіть при скороченні кількості транспортних засобів на маршруті транспортна потреба населення буде повністю задоволена (зазначені зміни параметрів моделі привели до незначного збільшення часу очікування транспортного засобу на зупинці).
Отже, підбиваючи підсумок, можна сказати, що пропонована модель має наступні переваги:
- модель реальної транспортної системи побудована на основі об'єктно-орієнтованого підходу;
- візуалізація моделі дозволяє без праці виявити найбільш завантажені ділянки транспортної мережі міста, що вимагають перерозподілу транспортних потоків.
висновки
Виконаний аналіз засобів дослідження і оптимізації управління транспортними системами показав, що найбільш перспективним напрямком для програвання спрощених описів реальних процесів з метою вивчення їх поведінки в різних можливих ситуаціях є імітаційне моделювання.
Застосування розробленої моделі та аналіз даних, отриманих в результаті оптимізаційного експерименту на основі її використання, дозволить підвищити якість транспортного обслуговування населення, сприятиме зниженню напруженості на дорогах міста і, внаслідок цього, зниження числа ДТП, а також спричинить за собою поліпшення екологічної обстановки в деяких районах міста.
Надалі цю модель можна вдосконалювати, вводячи в неї інформацію про параметри транспортних потоків немаршрутних ТЗ (легкових автомобілів та інших транспортних засобів індивідуального користування).
література
- Перелік критичних технологій РФ, затверджений президентом РФ 30.03.02 р Ресурс доступу: http://imlab.narod.ru/Projects/Prior/Prior.htm
- Семенов В. В. Зміна парадигми в теорії транспортних потоків. М., 2006.
- Аналіз і оптимізація транспортних потоків за допомогою моделювання. Ресурс доступу: masters.donntu.edu.ua/2005/kita/shapovalova/library/sergeeva.pdf
- Воронін В. Е., Куранцева В. С. Оптимізація управління транспортними системами з використанням імітаційного моделювання. Ресурс доступу: http://www.gpss.ru/immod07/doklad/65.html
<
