Содержание
Введение
1. Основы транспортного моделирования
1.1 Имитационное моделирование (микромоделирование)
1.2 Мезомоделирование
1.3 Применение транспортных моделей
2. Метод электромоделирования транспортных потоков
2.1 Интенсивность транспортного потока
2.2 Сопротивление движению транспортного потока
2.3 Напряжение транспортного потока
3. Анализ существующей организации дорожного движения
4. Предложения по совершенствованию организации дорожного движения
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Рост автомобильного парка и увеличение объема перевозок приводит к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в тех пунктах улично-дорожной сети (УДС), где есть пересечение крупных транспортных магистралей. Здесь увеличиваются транспортные задержки, образуются очереди и заторы, что вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств, а также ухудшается экологическая ситуация данного участка дороги. На сегодняшний день существует ряд методик прогнозирования снижения эффективности УДС, а так же ряд моделей для выведения ситуации из критической и повышения скорости и пропускной способности на УДС городов. Многие методики связаны либо с теорией массового обслуживания либо с имитацией потоков жидкости. Теория массового обслуживания крайне сложна и требует огромного количество входных данных, а они очень быстро меняются, и переработка схемы УДС, режимов регулирования зачастую не успевает за прогрессом. Теории же основанные на истечении жидкостей устарели с преобразованием автопарка в скоростные и динамичные автомобили. Жидкости двигаются слоями и чем ближе к краям трубы (проезжей части) тем медленнее, - сегодня это не так. Назревшая транспортная проблема требует поиска принципиально новых подходов.
Основы математического моделирования закономерностей дорожного движения были заложены в 1912 году русским ученым, профессором Г. Д. Дубелиром. Первостепенной задачей, послужившей развитию моделирования транспортных потоков (ТП), стал анализ пропускной способности магистралей и пересечений. В настоящее время пропускная способность является важнейшим критерием оценки качества функционирования путей сообщения.
В последнее время в исследованиях транспортных потоков стали применять междисциплинарные математические идеи, методы и алгоритмы нелинейной динамики. Их целесообразность обоснована наличием в транспортном потоке устойчивых и неустойчивых режимов движения, потерь устойчивости при изменении условий движения, нелинейных обратных связей, необходимости в большом числе переменных для адекватного описания системы. Многие модели наряду с многочисленными преимуществами имеют значительные недостатки, позволяющие не в полном объеме учитывать основные характеристики транспортного потока, в конечном итоге давая незаконченный характер в моделировании транспортного потока. Анализ существующих теорий показывает целесообразность математического моделирования транспортных потоков и их научного обоснования, что в свою очередь, при использовании этих моделей, приведет к улучшению организации дорожного движения.
Поиск новой концепции организации движения проводится на основе абстрагирования представлений «автомобиль», «улично-дорожная сеть» и др., и, переходит к более общим явлениям материального мира, когда, например, крупный город с его развитой улично-дорожной сетью, дорожными знаками, светофорами, потоками автомобилей и др., представлен неким силовым полем. Согласно физическим воззрениям силовое поле - часть пространства, в каждой точке которой на помещенную туда материальную точку действует сила, величина и направление которой зависит только от координат и времени либо только от координат.
1. Основы транспортного моделирования
Цель транспортного планирования - оптимизация использования ресурсов с целью организации эффективного функционирования транспортной системы.
Задачи транспортного планирования:
1.Прогноз - получение информации о будущих транспортных процессах.
2. Организационно-управленческая задача.
3. Оценка последствий. Оценка применимости проектных решений.
4. Координационная задача - реализация плановых мероприятий.
Этапы планирования:
1. Этап анализа проблем: сначала ставятся перед собой цели и выявляются проблемы, затем анализируется существующее положение;
2. Этап анализа альтернатив: идет так называемый цикл - разрабатываются мероприятия и сценарии, рассчитываются последствия, оценивается полученный результат;
3. Этап принятия решения.
Модель - это упрощенное представление реальности и/или протекающих в ней процессов.
Моделирование является по существу построением рабочей аналогии. Оно представляет собой построение рабочей модели, отражающей подобие свойств или соотношений с рассматриваемой реальной задачей. Моделирование позволяет изучать сложные задачи движения транспорта не в реальных условиях, а в лаборатории. В более общем смысле моделирование можно определить как динамическое отображение некоторой части реального мира путем построения модели на компьютере и продвижении ее во времени.
Транспортная модель - наглядное отображение комплексных транспортных процессов, с возможностью их прогнозирования в зависимости от различных условий.
Этапы исследования системы с помощью модели:
формулирование целей и задач;
создание транспортной модели;
· анализ полученной модели;
· проверка полученных итогов и результатов;
· внедрение результатов моделирования.
Транспортная модель - это:
· моделирование существующих и прогнозируемых пассажиропотоков и интенсивностей;
· инструмент для оптимизации работы пассажирского транспорта, включая расчет рентабельности маршрутов;
· анализ транспортных пассажиропотоков;
· подготовка транспортных прогнозов.
Классификация транспортного моделирования:
1. Микроскопическое моделирование. При этом виде моделирования детально моделируется каждый участок движения отдельного перекрестка или двух, трех. Моделирование нескольких пересечений на уровне транспортного средства.
2. Мезоскопическое моделирование. Анализируются макропоказатели на микромодели. Моделируется район города. Моделирование сети на уровне транспортного средства.
3. Макроскопическое моделирование. Моделирование целого города, региона, страны. Моделирование сети на уровне транспортных потоков.
1.1 Имитационное моделирование (микромоделирование)
Имитационное моделирование (микромоделирование) - это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе.
Микромоделирование - моделирование транспортных и пешеходных потоков на уровне отдельных объектов, отдельных транспортных средств, пешеходов.
Рис. 1. - Имитационное моделирование
В данном виде моделирования все участники движения рассматриваются в виде отдельных частей.
С помощью имитационного моделирования можно решать различные задачи, а именно:
· оценивается транспортная ситуация конкретного проекта, оценка основывается на количественных показателях, которые характеризуют условия движения;
· оценивается пропускная способность для каждого варианта движения и выбирается оптимальная схема организации движения на перекрестке;
· анализируется пропускная способность и движение в зоне остановок общественного транспорта;
· прогнозируются транспортные заторы;
· моделируется и анализируется пешеходное движение;
· моделирование помогает применить какие-то новые введения на транспортном участке;
· можно понять, где в данной транспортной сети возникают различные заторы.
Этапы выполнения микромодели:
· построение улично-дорожной сети;
· введение транспортных потоков;
· регулирование дорожного движения;
· ввод пешеходных потоков;
· анализ полученной модели.
Для того чтобы создать модель интересующего нас участка улично-дорожной сети, необходимо собрать данные:
· данные о геометрии улично-дорожной сети;
· технические и геометрические особенности различных типов транспортных средств;
· состав транспортного потока, т.е. какое количество видов транспортных средств присутствует на данном участке;
· интенсивность движения транспортных средств;
· расположение светофорных объектов и их циклы;
· данные о движении общественного транспорта (маршруты, расположение остановок, расписание, вместимость подвижного состава и т.д.);
· данные о пешеходном движении (интенсивность, направление движения, параметры пешеходных зон и т.д.).
После сбора полученных данных, можно приступать к созданию имитационной модели по этапам, оговоренных ранее.
Построение улично-дорожной сети:
· определяем на основе, какой подложки мы будем создавать модель (чертеж, выполненный в AutoCAD, спутниковый снимок, онлайн-карты и т.д.);
· на полученную подоснову наносим улично-дорожную сеть, представленную отрезками и соединения между этими отрезками;
· для каждой дороги определяем количество и ширину полос движения;
· определяем разрешенные маневры (повороты, обгоны, перестроения).
Введение транспортного потока:
· определяем, какие типы и классы транспортных потоков мы будем использовать;
· определяем динамические характеристики транспортной сети;
· определяем состав данного потока (количество легкого, грузового транспорта и т.д.);
· определяем параметры манеры поведения водителя;
· вводим интенсивность движения на входящих отрезках;
· вводим данные по общественному транспорту (расписание, остановки, вместимость подвижного состава и т.д.);
· указываем маршруты движения транспортных средств.
Регулирование дорожного движения:
· определяем конфликтные зоны, вводим правила приоритета;
· устанавливаем различные ограничения (например, скорость, знаки «стоп» и т.д.);
· вводим светофорное регулирование:
- определяем длительность цикла;
- указываем время для красного/зеленого сигналов;
- определяем фазовые переходы;
Ввод пешеходных потоков:
· определяем типы пешеходов и их динамических характеристик;
· настраиваем параметры модели поведения;
· вводим интенсивность движения пешеходных потоков;
· указываем маршруты движения.
Основные результаты и виды анализа:
· сеть:
- время задержки;
- время в пути;
- пройденное расстояние;
- количество ТС в сети.
· перекрестки:
- время задержки ТС, людей;
- длина заторов;
- количество остановок.
· отрезок:
- плотность;
- интенсивность;
- скорость;
- анализ отрезков в реальном времени.
· общественный транспорт:
- время в пути;
- стандартное отклонение;
- время в пути для пассажиров.
· светофоры:
- средняя продолжительность цикла;
- среднее время зеленого сигнала.
· маршруты:
- время в пути и скорость;
- заторы.
1.2 Мезомоделирование
Мезомоделирование - моделирование пассажирских перемещений на уровне города и агломерации.
Данный вид моделирования транспортных потоков решает важные задачи, а именно: имитационный моделирование транспортный дорожный
· анализ транспортного и пассажирского потоков;
· оптимизация маршрутов городского пассажирского транспорта;
· разработка и внедрение транспортных развязок.
Отличия мезомоделирования от микромоделирования:
· небольшое время вычислений, необходимых для создания модели;
· использование упрощенной модели следования за впереди идущим транспортным средством;
· менее точное отображение поведения транспортного средства;
· более низкий уровень детализации, что допускает имитацию крупных сетей.
Рис. 2. - Мезомоделирование
При мезомоделировании данные транспортного средства обновляются не как в микроскопической имитации в каждый временной шаг, а только в определенные моменты времени, в которые что-то меняется в сети и/или в поведении ТС. Эти так называемые события могут возникать в силу различных ситуаций (при переключении ССУ, выезду транспортного средства на перекресток (узел) и т.д.).