автореферат диссертации по транспорту, 05.22.01, диссертация на тему:Оценка основных параметров транспортных потоков на улично-дорожной сети города на основе обработки навигационных данных городского пассажирского транспорта

На правах,рукописи

Богумил Вениамин Николаевич

Оценка основных параметров транспортных потоков на улично-дорожной сети города на основе обработки навигационных данных городского пассажирского транспорта

05.22.01 - Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 гтн 2011

Москва 2011

4852983

Работа выполнена на кафедре «Транспортная телематика» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Власов Владимир Михайлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Курганов Валерий Максимович

кандидат технических наук Линник Геннадий Дмитриевич

Ведущая организация ОАО «Научно-Исследовательский институт

автомобильного транспорта (НИИАТ)»

Защита состоится 30 сентября 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.126.06 ВАК РФ при МАДИ по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, аудитория 42. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан «¿3 » О Р 2011 года. Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета. Телефон для справок (499) 155-93-24

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 212.126.06

Ефименко Д.Б.

Актуальность исследований

Бурный рост автомобилизации в нашей стране привел к резкому возрастанию транспортных потоков на улично-дорожной сети (УДС), которые ведут себя нестабильно, многообразно, особенно в крупных городах. Целый ряд задач, направленных на улучшение транспортной ситуации, требует для своего решения достаточно полной информации о транспортных потоках. Недостаток такой информации не позволяет эффективно проводить работы по улучшению транспортной ситуации, что приводит к обострению противоречий между возрастающей потребностью населения в качественных транспортных услугах и ограниченными возможностями их реализации. В настоящее время основным источником информации о параметрах транспортных потоках являются данные, формируемые с помощью специализированных технических средств, функционирующих в составе автоматизированных систем управления дорожным движением. Масштабное внедрение подобных систем затруднено в силу их сложности и высокой стоимости. В связи с чем, можно сделать вывод об актуальности поиска альтернативных, а также дополнительных источников информации о параметрах транспортных потоков для повышения информированности всех заинтересованных потребителей.

Одним из источников исходных данных может являться обработанная специальным образом спутниковая (ГЛОНАСС/ОРЗ) навигационная информация, получаемая от двигающегося в общем транспортном потоке подвижного состава городского пассажирского транспорта (ПС ГПТ), работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления пассажирскими перевозками.

Объектом исследования являются транспортные потоки на улично-

дорожной сети городов.

Предметом исследования является навигационная информация, получаемая от контролируемого диспетчерской системой ПС ГПТ, выполняющего маршрутизированные перевозки и специальные алгоритмы ее обработки с целью получения оценок параметров транспортных потоков.

Научная гипотеза состоит в предположении о возможности получения достаточно точных оценок основных параметров транспортного потока с помощью специальных методов обработки навигационных данных, полученных от ПС ГПТ, контролируемого диспетчерской системой.

Целью исследования является формирование дополнительных источников информации о параметрах транспортных потоков на участках улично-дорожной сети на основе использования спутниковых навигационных технологий (ГЛОНАСС/СРБ) автоматизированных диспетчерских систем управления городским пассажирским транспортом.

Направление исследования: разработка научного, методического и алгоритмического обеспечения процессов мониторинга параметров транспортных потоков на основе обработки данных о маршрутизированном движении ПС ГПТ, работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления.

Основные задачи исследования:

1) Определение статистических зависимостей между параметрами движения ПС ГПТ и параметрами движения других участников совокупного транспортного потока на участках УДС города.

2) Разработка математических моделей и методических подходов для расчета основных параметров транспортного потока на участках УДС города на основе обработки навигационных данных о движении транспортных средств городского пассажирского транспорта, контролируемых диспетчерской системой.

3) Учет особенностей движения транспортных средств городского пассажирского транспорта при разработке методов оценки параметров транспортных потоков на основе обработки навигационной информации.

4) Проведение экспериментальных исследований по оценке сопоставимости результатов натурных обследований транспортных потоков с результатами модельных расчетов, выполненных на основе обработки навигационных данных.

5) Разработка рекомендаций по практическому применению предложенных методов и моделей.

Научная новизна заключается:

1. В разработке метода получения точечных оценок параметров транспортных потоков на основе обработки данных спутниковой навигации от ПС ГПТ, работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления.

2. В получении и исследовании статистических зависимостей между параметрами движения ПС ГПТ и параметрами движения транспортного потока на участках УДС города.

3. В разработке математических моделей и алгоритмов расчета параметров ламинарного транспортного потока на участках улично-дорожной сети для различных условий движения на основе обработки данных спутниковой навигации, поступающих в диспетчерскую систему от ПС ГПТ.

4. В разработке математических моделей и алгоритмов расчета среднего времени задержки транспортных средств на участках УДС, оканчивающихся регулируемым перекрестком, на основе обработки данных спутниковой навигации от ПС ГПТ, контролируемого диспетчерской системой.

Достоверность результатов проведенных в работе исследований обеспечивается экспериментальным подтверждением основной гипотезы, согласованностью результатов теоретических исследований, получаемых на основании анализа разработанных математических моделей для расчета основных параметров транспортного потока, с результатами проведенных натурных экспериментов.

На защиту выносятся:

- методический подход, математические модели, алгоритмы расчета и оценки параметров транспортных потоков на основе обработки спутниковых навигационных данных, полученных от ПС ГПТ, работающего под контролем

автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления;

- рекомендации по практическому использованию разработанного подхода для оценки параметров транспортного потока.

Практическая ценность заключается в разработке:

- рекомендаций по практическому использованию разработанного подхода для оценки параметров транспортного потока;

- рекомендаций по расчету основных показателей, характеризующих транспортную работу автомобильных дорог.

Внедрение и реализация результатов работы.

Проделанная работа явилась составной частью методического обеспечения системы формирования данных о скорости транспортных потоков на участках дорожной сети муниципальных образований Московской области (данный проект был внедрен для 9 городов Московской области).

Основные результаты исследования приняты к использованию на уровне Департамента государственной политики в области автомобильного и городского пассажирского транспорта Минтранса России и ЗАО «НПП Транснавигация» (г. Москва).

Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических и научно-исследовательских конференциях МАДИ, г. Москва 2008, 2009, 2010 гг., на заседании Научно-технического совета Министерства транспорта Московской области в ноябре 2008 г., на научно-практической конференции «Современные технологии на пассажирском транспорте» ноябрь 2008 года (г. Коломна), на 5-й Международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения», 2009 г., на 3-м Международном форуме по спутниковой навигации, 2009 г., на 9-й Международной научно-практической конференции по безопасности дорожного движения, сентябрь 2010 г. (г. Санкт-Петербург).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, общим объемом 5,1 п.л., в том числе 5 статей в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных изданий ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из 156 наименований и 3 приложений. Объем работы 182 стр. печатного текста, 42 рисунка,29 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность работы, излагаются цели исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ работ зарубежных и отечественных авторов по исследованию транспортных потоков. Рассмотрены факторы, оказывающие влияние на транспортный поток. Отмечено существенное изменение основных параметров транспортных потоков, произошедшие за последние 25-30 лет в нашей стране и обоснована необходимость

корректировки моделей транспортных потоков, разработанных в 60-е -70-е годы прошлого века.

Описаны зарубежные и отечественные системы управления транспортными потоками на магистралях (road traffic management) и улично-дорожной сети городов (urban traffic management) показана актуальность поиска альтернативных, а также дополнительных источников информации о параметрах транспортных потоков для повышения информированности всех заинтересованных потребителей. Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт использования метода оценки параметров транспортных потоков, получивший название в литературе «floating car data». Показаны основные трудности, связанные с использованием метода «floating car data», выявлены основные преимущества спутниковых систем мониторинга по сравнению с методом «floating car data», когда в качестве источников навигационной информации выступают пассажирские транспортные средства маршрутизированного транспорта, работающие под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления. Укрупненная схема сбора и обработки и использования навигационной информации в автоматизированной системе диспетчерского управления пассажирскими перевозками показана на рис. 1. В итоге сформулированы основная научная гипотеза и задачи исследования.

Потребители информации о транспортных потоках

Обмен информацией

Информация о транспортных потоках, полученная инструментальным путем

Косвенные оценки параметров транспортных потоков, полученные по нявнгяционным данным

ЦЕНТРАЛЬНАЯ ДИСПЕТЧЕРСКАЯ СЛУЖБА

Рабочие места специалистов по планированию, контролю н анализу работы

Другие источники информации о параметрах транспортных потоков

Видеокамеры Детекторные системы

Контролируемые транспортные средства на маршрутах городского пассажирского транспорта (оборудованные ваЕИгацчонио-связяыми терминалами иа базе приемников ГЛОНАСС/GPS) :

Рисунок 1 - Укрупненная схема сбора и обработки навигационной информации

Во второй главе проанализированы особенности движения пассажирских транспортных средств на маршрутах городского пассажирского транспорта (ГПТ). Главной отличительной особенностью ГПТ является наличие на маршрутах остановочных пунктов, изменяющих характер движения ПС ГПТ - торможение, посадка-высадка пассажиров, разгон. Для

оценки скорости движения пассажирских транспортных средств в совокупном транспортном потоке затраты времени на остановках должны быть исключены из рассмотрения. Для этой цели предложено использовать пространственные модели участков маршрутов, названные «зоны влияния остановок». Инструментом создания этих зон должна являться геоинформационная система. Навигационные отметки, попадающие в зоны влияния остановок, должны исключаться из обработки. Для выделения и «привязки» навигационных данных, получаемых от пассажирских транспортных средств, к соответствующим участкам предложен механизм пространственных моделей различных участков улично-дорожной сети.

Для целей дальнейшего исследования, на основе анализа математических моделей транспортных потоков выделено два типа участков по признаку «характер транспортного потока»:

Тип 1: участки улично-дорожной сети, на которых сохраняются условия движения ламинарного транспортного потока.

Тип 2: участки улично-дорожной сети, на которых нарушаются условия движения ламинарного транспортного потока.

Выполнено структурное представление участков УДС (рис. 2):

Рисунок 2 - Структурное представление улично-дорожной сети города

Далее во 2 главе изложен, разработанный автором пошаговый алгоритм нахождения параметров ламинарного транспортного потока на отдельных полосах рассматриваемого участка дороги. Указанный алгоритм в общем виде представляется следующей последовательностью функциональных преобразований:

1. Преобразование Рь заключающееся в обработке навигационных данных о мгновенных скоростях движения, полученных от контролируемых

пассажирских транспортных средств при прохождении участка в отчетный период и получении оценки средней скорости пассажирских транспортных средств на участке за определенный (отчетный) период.

Формально преобразование Р,можно записать в виде:

Уп^ЫУк™}; (1)

где {Унптг} - множество данных о мгновенных скоростях движения, содержащихся в навигационных отметках, полученных от контролируемых пассажирских транспортных средств при прохождении участка в отчетный период; V ^ - оценка средней скорости пассажирских транспортных средств на участке за отчетный период. В данном преобразовании оценка средней скорости ПС ГПТ получается в виде среднего арифметического значений мгновенных скоростей движения, содержащихся в навигационных отметках, полученных от контролируемых пассажирских транспортных средств при прохождении участка в отчетный период.

2. Преобразование ¥2, заключающееся в получении оценки средней скорости транспортного потока на отдельных полосах участка дороги за отчетный период. Оценка получается на основе использования полученной на предыдущем шаге оценки средней скорости пассажирских транспортных средств за рассматриваемый период на участке и статистических зависимостей между средней скоростью пассажирских транспортных средств и средней скоростью транспортного потока на отдельных полосах рассматриваемого участка дороги. Формально преобразование Р2 можно записать в виде:

72: У, = Р2(УГПГ), 1=1,2,... (2)

где V 1 - оценка средней скорости транспортного потока на 1-й полосе за отчетный период; V п,т - оценка средней скорости пассажирских транспортных

средств за отчетный период.

3. Преобразование Р3, заключающееся в получении оценки средней плотности транспортного потока на отдельных полосах рассматриваемого участка дороги за отчетный период. Оценка получается на основе использования полученных на предыдущем шаге оценок средней скорости потока на отдельных полосах участка и зависимости средних значении «скорость-плотность» для данного участка. Формально преобразование Р3 можно записать в виде:

Ь: РРЫУО, 1 = 1,2,... (3)

где ^ - оценка средней плотности транспортного потока на 1-й полосе за отчетный период, приведенная к плотности однородного потока легковых автомобилей; V, - оценка средней скорости транспортного потока на ¡-й полосе за отчетный период, полученная на предыдущем шаге.

4. Преобразование Р4, заключающееся в получении оценки средней интенсивности транспортного потока на отдельных полосах дороги. Оценка получается на основе использования полученных на предыдущем шаге оценок средней плотности потока на отдельных полосах участка и зависимости средней интенсивности от средней плотности потока для данного участка, приведенной к плотности однородного потока легковых автомобилей.

Формально преобразование Р3 можно записать в виде:

Р4: я;= (р;), 1=1,2,... (4)

где, ч, - оценка средней интенсивности транспортного потока на 1 - й полосе за отчетный период, р | - оценка средней приведенной плотности транспортного потока на 1 - й полосе за отчетный период, полученная на предыдущем шаге.

Графическая иллюстрация использования моделей «скорость плотность», «интенсивность-плотность» в процессе пошагового нахождения плотности и интенсивности потока на 1-й полосе через рассчитанную среднюю скорость ПС ГПТ, представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Графическая иллюстрация использования моделей «скорость плотность», «интенсивность-плотность» в процессе пошагового нахождения плотности и интенсивности потока на 1-й полосе на основе использования рассчитанной по навигационным данным средней скорости ПС ГПТ.

Таким образом, показано, что необходимыми элементами пошагового процесса нахождения параметров ламинарного транспортного потока на участке, являются:

а) статистические зависимости между средней скоростью ПС ГПТ и других участников движения на отдельных полосах участка дороги с ламинарным характером потока.

Интенсивность

ДКИАеНЧМ на ПОЛОС«

Плотность поток.-» на пологе

С|1еДНЯЯ скорость на полосе дыгжмшл

Шдтнип'ыютокл на полосе дв1и.тни«

Оценка плотности транспортного потока по оценке средней спорости движения по диаграмме «средняя скорость -плотность»

20.00

о.оо | | О.МИ,

/ \

«50.00

50.00

100.00

Интервал юмокшш шктмст. определяющий условия свободного поток'«на полом

V

120,00

10С.00 | 30.00 60.00 1 40.00*

Оценка интенсивности транспортного потока на поносе по оценке

плотности по диаграмме «средняя скорость - плотность*

б) аналитические модели, отражающие соотношение средних значений «скорость-плотность», «интенсивность-плотность».

Формирование зависимостей средних значений «скорость-плотность», «интенсивность-плотность» ламинарного транспортного потока выполнено на основе использования известных динамических моделей «следования за лидером», разработанных для различных фазовых состояний потока. При этом искомые соотношения выводятся из динамических моделей «следования за лидером» в предположении о существовании стационарного состояния ламинарного транспортного потока в каждой фазе. Данный выбор моделей объясняется тем, что в отличие от моделей аналогов, формирующих соотношения между средними значениями параметров транспортного потока, важнейшим достоинством моделей следования за лидером, является детальный учет человеческого фактора, в данном случае детальный учет поведения водителя. Таким образом, указанные модели отражают сущность процессов взаимодействия автомобилей при определенном состоянии транспортного потока. Теория динамических моделей достаточно подробно разработана отечественными и зарубежными исследователями (Сильянов В.В., Иванов В.Н., Уткин А.В, Ф. Хейт, Д. Дрю и другие).

Динамические модели следования за лидером в общем виде могут быть представлены следующим образом:

х'к)„+1« = Р5 (х„(1); х®(1); хп+1(1)хшп+,(0) (5)

где, х„(Х) - текущее положение лидера; х<!)„(*); - 1-я производная от х„(Х) по времени; Хп+1 - текущее положение автомобиля, следующего за лидером; х!к)п+1(0; хшп+1(*) - к-я и уя производные от хпМ(0 по времени Р5 -функциональная зависимость от х„, хп+, и их производных.

На основании вывода о существовании четырех различных фазовых состояний транспортного потока, полученного Сильяновым В.В. при теоретической разработке «уровней удобства движения», нами построены аналитические зависимости средних значений «скорость-плотность», «интенсивность-плотность» ламинарного транспортного потока. Зависимости представлены в виде четырех различных гладко сопрягаемых фрагментов аналитических функций, отражающих указанные соотношения в соответствующем диапазоне изменения плотности транспортного потока. Кроме хорошо известных и описанных в литературе фазовых состояний ламинарного транспортного потока, получено формальное доказательство необходимости существования фазы «переходного состояния» от свободного потока к синхронизированному потоку. Построено дифференциальное уравнение, отражающее поведение водителя в фазе переходного состояния.

В предположении существования стационарного состояния потока, во 2 главе построено уравнение для средних значений параметров потока «скорость- плотность» для данного переходного состояния, график которого является выпуклой функцией. Динамические модели «следования за лидером», отражающие поведение водителей в четырех различных фазовых состояниях потока, а также соответствующие аналитические модели, отражающие

зависимость «скорость-плотность», используемые в пошаговом алгоритме нахождения параметров ламинарного потока, показаны в таблице 1.

Далее во 2 главе рассмотрен вопрос теоретического обоснования вида статистической зависимости между средней скоростью пассажирских транспортных средств и средней скоростью транспортного потока на отдельных полосах участка дороги на примере фазового состояния «плотный поток». Поскольку пассажирские транспортные средства движутся в общем транспортном потоке, зависимость средней скорости от плотности потока автомобилей для пассажирских транспортных средств может быть выражена соотношением для условий плотного транспортного потока, аналогичным указанному в таблице 1:

Кит = К-ПТ 1 е~СттР, Р2 < Р < Ргпох (6)

где: Угт - средняя скорость транспортных средств городского пассажирского

транспорта, 1£„т> СП1Т -коэффициенты, имеет значение скорости

транспортных средств городского пассажирского транспорта при плотности потока, равной нулю, коэффициент С^ - характеризует условия движения для транспортных средств городского пассажирского транспорта.

Таблица 1 - Аналитические выражения для расчета скорости и интенсивности потока на различных участках кривых «скорость-плотность» «иктенсивность-_плотность» при изменении плотности приведенного потока_

Фазовое состояние потока Диапазон изменения плотности приведенного потока Модель «следования за лидером» Уравнение «средняя скорость - средняя плотность»

Свободный поток 0 Ро *(t)n+l=0 ^потока

Переходное состояние Ро Р. *(t)„+i=Const>0 V„oioKa=Vraax- Ci[p -Р0]2

Синхронизированный поток Р1 Р2 *(t)n+1=C[(xn-xn+1)] +k V - Сг +k V потока ^ ТК

Плотный поток Р2 Рти -,ч CO.-*'(<)„, VnoroKa =Voe~C|>

Поскольку условия движения всех транспортных средств на рассматриваемом участке в данный отрезок времени приблизительно одинаковы, можно ожидать близости значений коэффициентов С и С,™ в интервале значений плотности потока [р2 , ртах], приведенного к плотности однородного потока автомобилей. Из соотношений, указанных в таблице 1 и соотношении (6) получаем:

Употока _ Уо 6 Ср Ущт Угпт- е-сгптР

Откуда: Употока = (8) '

У ГПТ

Поскольку имеется близость значений коэффициентов b и ЬГПТ) значение экспоненты в соотношении (8) близко к единице в интервале значений плотности потока [р2, рюах]. Отсюда для любого значения плотности потока из данного интервала получаем:

' V ~ V (9)

»потока »гпт./О 4 '

*пгг

Это теоретически обосновывает верность гипотезы о существовании статистической зависимости между средней скоростью потока на полосе участка дороги и средней скоростью транспортных средств городского пассажирского транспорта, причем эта зависимость может быть выражена в виде линейной регрессионной модели с нулевым свободным членом или степенной зависимостью также с нулевым свободным членом и показателем, близким к единице.

Оценки среднего значения интенсивности потока на участке в целом могут быть получены суммированием средних значений интенсивности на отдельных полосах участка.

Средняя скорость смешанного транспортного потока (Vn0TOKÍ) на многополосной дороге за заданный период, определяется с учетом линейных регрессионных зависимостей следующим образом:

V =v -i—>---(10)

' потока гпт V /

Z х<?„

i 1

где q¡¡ - средняя интенсивность движения транспортных средств j-й группы транспортных средств (различающихся по средней скорости движения) на i-й полосе участка за рассматриваемый период; vrm - средняя скорость подвижного состава городского пассажирского транспорта на участке (без учета потерь времени на остановках) за рассматриваемый период; k¡¡ -коэффициент линейного уравнения регрессии для j-й группы транспортных средств на i-й полосе участка.

Далее во второй главе получены аналитические выражения для расчета параметров смешанного потока, включающего группы «быстрых» (в основном - легковых) и «медленных.» (в основном - средних и тяжелых грузовых) автомобилей, при известной доле медленных автомобилей на каждой полосе движения. Средняя скорость на полосе за рассматриваемый период определяется через среднюю скорость ПС ГПТ на участке (vrnT) следующим образом:

v¡ = (1-?ч)у1ба+ h, v¡Ma = vrnx [ki6a(l-Xi> +h khj, (11)

где v¡ - средняя скорость потока на i-й полосе участка; v¡6a - средняя скорость движения быстрых автомобилей на i-й полосе участка; v¡Ma -средняя скорость движения медленных автомобилей на i-й полосе участка; ki6a - коэффициент линейного уравнения регрессии (10) для быстрых автомобилей на i-й полосе участка; кЫа - коэффициент линейного уравнения

регрессии (10) для медленных автомобилей на ьй полосе участка; доля медленных автомобилей на 1-й полосе участка.

Плотность смешанного транспортного потока на ьй полосе в фазе «плотный поток» выразится следующим образом:

р"", = (1пА-1пУ|) / Ь ={1пА -(1пУгат +1п [к16а(1-^> кпр к;ма])} / Ь, (12) где, кпр - коэффициент приведения к однородному потоку быстрых автомобилей по динамическому интервалу.

Интенсивность приведенного потока на 1-й полосе участка определится из соотношения: я"рР V! р"^ (13)

С учетом соотношений (11) и (12) получим: Чпр^гш[к;ба(1-^)+>чк;Ма] {1пА -(1пУгот +1п [к!ба(1->ч) +>ч кпрк1ма]), (14)

Таким образом, формулы (11), (12), (13), (14) обеспечивают расчет точечных оценок параметров ламинарного транспортного потока в фазе «плотный поток».

Рассмотрен также вопрос нахождения параметров транспортного потока для участков, отнесенных нами ко второму типу (на которых изменяется ламинарный характер потока) на примере участков заканчивающихся регулируемым перекрестком. В этих условиях не действуют аналитические выражения, отражающие соотношения между средней скоростью и плотностью, интенсивностью и плотностью, верные для ламинарного транспортного потока. Среднее время проезда участка с задержкой может быть представлено в виде суммы среднего времени проезда участка без задержки (т.е. как на участке 1-го типа) плюс среднее время задержки:

(15)

VI

где <11 - средняя задержка транспортных средств на 1-й полосе участка, вызванная влиянием светофора; - среднее время движения транспортных средств на ¡-й полосе участка с задержкой, вызванной влиянием светофора; Ьуч- длина участка; Уг средняя скорость движения транспортных средств на полосе без задержки.

Для расчета средней задержки на регулируемом перекрестке в случае не напряженного транспортного потока нами модифицирована известная формула английского специалиста А.Миллера:

^^ГТ^-яИ- (16)

2 (А-9,)

где <1; - средняя задержка на ¡-й полосе, сек.; с - длительность цикла светофорного регулирования, сек.; % - длительность эффективной зеленой фазы, сек.; ^ - интенсивность входящего потока автомобилей на Ьй полосе, авт./сек.; Б; - интенсивность выходящего потока автомобилей на 1-й полосе во время эффективной зеленой фазы при наличии очереди (поток насыщения), авт./сек.

Для оценки входящей в формулу АМиллера интенсивности входящего потока автомобилей ^ на 1-й полосе участка второго типа, а также для оценки средней скорости и времени движения автомобилей по участку без задержки,

нами предложен методический прием, который заключается в том, что достаточно протяженный участок дороги, заканчивающийся регулируемым перекрестком, представляется в виде последовательности двух участков: 1-го типа и 2-го типа. Граница между ними должна определяться таким образом, чтобы исключить влияние светофора (участок 2-го типа) на условия движения потока на участке 1-го типа (Рисунок 4).

' - * частик- - I -Участок первого типа-- ■ ■ ■ -И

И ГШСИ О I ЦП .1 I " ■ ^________1 1

Навигационные данные, привязанные к участку 1 типа

Участок первого типа

Навигационные данные, привязанные «участку 2 типа

Участок -второго типа

фактической с (17)

известной доле

Рисунок 4 - Схематическое представление участка дороги в виде последовательности участков 1-го и 2-го типов Возможность выделения участка 1-го типа позволяет использовать в формуле А.Миллера (16) полученное ранее выражение (14) для оценки фактической интенсивности потока на участке 1-го типа с

преобразованием приведенной интенсивности потока к помощью выражения:

= 4*40->-*)+УМ где X,- - доля медленных автомобилей в потоке на ¡-й полосе.

Входящая в формулу А.Миллера величина в;, при медленных автомобилей в потоке на ¡-й полосе (Л,) определится из выражения:

= Эба " (56а " О к (18)

где: 5ба - интенсивность выходящего потока быстрых автомобилей, авт./сек.; 5,,.а - интенсивность выходящего потока медленных автомобилей, авт./сек.

Полученная с помощью формулы Миллера оценка средней задержки позволяет оценить среднее время движения по участку на 1-й полосе с помощью выражения (15) и среднюю скорость движения на всем участке по известной длине участка. Нами предложен механизм пространственного выделения зон влияния светофоров, зон влияния остановок и участков различного типа методами географических информационных систем (ГИС). В этом случае пространственные модели этих зон и участков, формируются с помощью специализированного программного обеспечения ГИС в специальном слое электронной карты местности. Пример схематического визуального представления участка с выделением зон влияния остановок

пассажирского транспорта, зон влияния светофоров и участков различного типа на основе использования пространственных моделей, представлен на рисунке 5.

Гостиница

«Советская» - ,_1

Театр «Роман»1—1

Ленинградский

Улица О Правды

2-й часовой завод О

■ II

Белорусский □ вокзал

Ленинградский проспект (в область)

Ленинградский проспект (в центр)

7„ , ¿1

' ,|"1' 11 1 ~ 1 ' , * ж I ш 1

Гостиниц «Советская ап » - 1 □ Улица Правды Белорусский вокзал

Театр «Рсмэк» □

Остановочный пункт городского пассажирского транспорта

I—Н

Участок первого типа (ламинарный поток) Зона влияния остановок

8 Линия «СТОП»

■■■ Участок второго типа (зона влияния светофора)

Рисунок 5 - Пример схематического визуального представления участка с выделением зон влияния остановок пассажирского транспорта, светофоров и участков различного типа на основе использования пространственных моделей (на условном примере дублера Ленинградского проспекта г. Москвы)

Корректное использование модернизированной формулы А.Миллера (16) требует оценки условий движения (напряженный или не напряженный поток на участке). В работе предложено осуществлять мониторинг введенной исследователями транспортных потоков величины х, (степень насыщения подхода), равной отношению среднего числа прибывших автомобилей за цикл работы светофорной сигнализации к среднему числу убывших автомобилей на ¡-й полосе за время эффективной зеленой фазы светофора. В тех же обозначениях, что и для формулы (16), величина х! имеет вид:

(19)

Условия не напряженного транспортного потока характеризуются (по данным А.Миллера) величиной х.ОД При х;>0,7 возникают условия напряженного транспортного потока, характеризующимся наличием очереди автомобилей перед светофором после окончания «зеленой фазы». В этом случае средняя фактическая интенсивность движения на каждой ^ полосе полностью определяется пропускной способностью светофора (я01\), что выражается следующей известной зависимостью:

• ф (авт./сек.). (20)

Разработанные формулы для расчета параметров смешанного потока

содержат параметры оценки доли различных типов транспортных средств в потоке. Поэтому, в общем случае, задача состоит в определении этих параметров оценки состава потока. Для частного случая транспортного потока, состоящего из «медленных» и «быстрых» автомобилей, разработан итеративный алгоритм нахождения доли «медленных» автомобилей на полосе движения перед светофором транспортных средств ГПТ. Алгоритм основан на сравнении расчетной величины времени задержки автомобилей на полосе движения ПС ГПТ (по модифицированной формуле А.Миллера) со статистической оценкой среднего времени задержки на этой же полосе движения на основе обработки навигационных данных о времени проезда участка ПС ГПТ.

Таким образом, в рамках теоретических исследований установлен вид статистической зависимости между средней скоростью пассажирских транспортных средств и средней скоростью автомобилей, движущихся в ламинарном транспортном потоке на отдельных полосах дороги, разработан математический аппарат для оценки параметров потока на участках УДС, покрытых маршрутной сетью городского пассажирского транспорта.

В третьей главе изложена методика и дано описание проведенных экспериментальных исследований. Основной целью которых явилась комплексная проверка точности разработанного метода косвенного измерения основных параметров транспортных потоков на основе обработки навигационных данных диспетчерской системы с последующим сравнением результатов с результатами проводимых натурных испытаний.

Задачами экспериментальных исследований являлись:

- экспериментальное определение параметров построенных моделей «скорость-плотность» и «интенсивность-плотность» и определения точек сопряжения участков кривой, отражающих различные фазовые состояния потока;

экспериментальное определение параметров регрессионных зависимостей между скоростью транспортных средств ГПТ и скоростью других участников движения на отдельных полосах магистральных дорог;

- экспериментальная оценка точности модифицированной формулы А.Миллера при расчете средней задержки транспортных средств на регулируемом перекрестке.

По результатам натурных экспериментов, путем обобщения известных теоретических работ экспериментов, построены универсальные зависимости «скорость-плотность», «интенсивность-плотность». Эксперимент состоял в многократном измерении пар «средняя скорость - средняя приведенная плотность» на различных однополосных участках различных дорог и в формировании из этих измерений единой статистической выборки. По полученной таким образом совокупной выборке, которая включала весь диапазон возможных значений плотности, методом наименьших квадратов строились наилучшие приближения зависимости «скорость - плотность» для различных состояний потока и определялись границы этих состояний.

Для исключения влияния различных дорожных условий на основные характеристики ламинарного транспортного потока все эксперименты проводились на участках магистральных дорог в условиях, которые оставались неизменными в период измерения. Исследовался транспортный поток, движущийся по каждой полосе многополосной дороги и пассажирский транспорт общего пользования, движущийся по участку дороги в каждом направлении. Натурные эксперименты проводились на прямолинейных протяженных участках многополосных дорог улично-дорожной сети Москвы и городов Московской области (Королев, Зеленоград, Реутов, Коломна) с хорошо заметными наблюдателю ориентирами на границах участка. Использовались методы прямого замера (по секундомеру) времени движения наблюдаемых транспортных средств на выбранном участке, а также видеозапись транспортного потока.

При построении модели «скорость-плотность» на первом этапе проводились натурные измерения средней интенсивности и скорости потока на полосах движения. Затем проводилась аналитическая обработка исходных данных с помощью пакета МаИгсас! и нахождение параметров аналитических зависимостей для различных участков каждой кривой. На последнем этапе проводилась «стыковка» различных фрагментов кривых по условиям гладкости и уточнение параметров аналитических выражений различных фрашентов. Полученный график зависимости средних значений «скорость -плотность» транспортного потока на полосе горизонтального прямолинейного участка магистральной дороги, приведен на рисунке 6. На графике «скорость-плотность» отмечены границы различных фазовых состояний потока (точки 1, 2 и 3) и указаны значения средней скорости и плотности в этих точках. Серии кривых на графике «скорость-плотность» отражают закономерности изменения скорости (соответственно интенсивности) на участках дорог с ограничением скорости 40,60, 80, 90,110 км/час.

Аналитические выражения функции «скорость-плотность» с найденными экспериментально параметрами, для магистральной дороги с ограничением скорости 110 км/час и границы четырех фазовых состояний показаны в таблице 2.

Проведены исследования мгновенных скоростей пассажирских транспортных средств ГПТ в ламинарном транспортном потоке и проверка качества построенных регрессионных моделей. Показано, что при движении в ламинарном потоке значения мгновенных скоростей пассажирских транспортных средств ГПТ распределены по нормальному закону с отклонением от среднего значения в пределах приблизительно ± 5% от среднего значения с доверительной вероятностью 0,95.

Регрессионные зависимости между скоростью транспортных средств ГПТ и скоростью других участников движения на отдельных полосах магистральных дорог были получены путем обработки данных натурных наблюдений. Среди рассматриваемых зависимостей между скоростями транспортных средств городского пассажирского транспорта и другими

участниками движения были линейная, степенная и экспоненциальная зависимости.

Таблица 2 - Параметрические модели функции «скорость-плотность» для различных фазовых состояний транспортного потока на левой полосе магистральной дороги с ограничением скорости движения 110 км/час

№ п/п Фазовое состояние потока Параметрическая модель функции «скорость-плотность» Диапазон изменения средней плотности потока, авт./км

1 Свободный поток У1(р)= 110 км/час от 0 до 9,1

2 Переход от свободного потока к синхронизированному потоку У2(р) = 110-0,17(р-9Д); от 9,1 до 22,2

3 Синхронизированный поток от 22,2 до 49,0

4 Плотный поток от 49,0 до -160 ]

Рисунок б - График зависимости средних значений «скорость -плотность» на полосе горизонтального прямолинейного участка магистральной дороги Экспериментально подтверждено высокое качество линейных и степенных регрессионных моделей, для которых рассчитанные коэффициенты детерминации (К2) превышают величину 0,9 для всех случаев, что подтверждает выполненные в главе 2 теоретические обоснования в пользу данных моделей. Окончательный выбор по результатам экспериментальных исследований был сделан в пользу степенной функции, основываясь на более высоком значении коэффициента детерминации. Очень важно, что данная

зависимость позволяет одним уравнением качественно отразить зависимость между средней скоростью транспортных средств ГПТ и других участников движения, как в фазе плотного потока, так и в фазе синхронизированного потока. На рисунке 7 показан график уравнения регрессии «средняя скорость легковых (быстрых) автомобилей - средняя скорость транспортных средств ГПТ» для левой полосы шестиполосной дороги.

Скорость транспортных средств городского пассажирского транспорта, км/ч

Рисунок 7 - График уравнения регрессии «средняя скорость легковых автомобилей - средняя скорость транспортных средств ГПТ

Дополнительно был проведен эксперимент по оценке размеров «зоны влияния остановки» городского пассажирского транспорта. В эксперименте использовался навигационный приемник, формировавший по протоколу ММЕА 0183 навигационные данные и записывавший их в память мобильного компьютера. Полученные данные в дальнейшем обрабатывались с использованием специальной программы с целью оценки размеров зоны влияния остановки. Экспериментально полученные оценки размеров зоны влияния остановки составляют ± 50 метров от места размещения

остановочного пункта.

Таким образом, экспериментально проверена точность построенных моделей «скорость-плотность», «интенсивность-плотность» с найденными в экспериментах значениями параметров функций. Показано, что расхождение между полученными в процессе натурных наблюдений значениями параметров потока на отдельных полосах (средняя скорость, интенсивность) не отличается от восстановленных по моделям «скорость-плотность» более чем на 10%.

В четвертой главе представлены практические рекомендации по внедрению разработанного метода оценки параметров. Описана методика формирования информационно - логической модели базы данных о

параметрах транспортных потоков на участках дорожной сети, описаны алгоритмы программ автоматизированной обработки навигационных данных, получаемых от контролируемых диспетчерской системой транспортных средств ГПТ для расчета средней фактической скорости ПС ГПТ и средних значений параметров транспортных потоков. Даны рекомендации по формированию основных отчетных данных по результатам мониторинга транспортных потоков и их представления в табличной, графической и картографической формах.

Даны рекомендации по доработке протокола передачи навигационных данных в автоматизированных спутниковых (ГЛОНАСС/ОРБ) навигационных диспетчерских системах, обеспечивающего получение максимально полного объема навигационных данных от каждого контролируемого пассажирского транспортного средства с целью повышения точности расчетов средней скорости пассажирских транспортных средств на каждом участке улично-дорожной сети.

Описаны результаты практической реализации разработанных методик по сбору и обработке навигационных данных и расчета параметров транспортных потоков на участках улично-дорожной сети города в девяти городах Юго-Восточного сектора Московской области (Коломна, Воскресенск, Луховицы, Озеры, Люберцы, Раменское, Лыткарино, Жуковский, Бронницы), покрытых маршрутной сетью пассажирского транспорта ГУЛ «Мострансавто» Московской области. Информационной основой служили навигационные данные, получаемые от пассажирских транспортных средств ГУП «Мострансавто», работающих под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы АСУ «Навигация» (разработчик - ЗАО «НПП Транснавигация»). Данные о средних скоростях движения транспортных потоков ежедневно накапливаются с 2009 г. на серверах ГУП «Мострансавто» и доступны как для специалистов данного предприятия, так и для специалистов Минтранса Московской области. Пример картографической отчетной формы показан на рис. 9.

В рамках 4 главы разработаны предложения по мониторингу основных параметров, оценивающих транспортно-эксплуатационные качества участков улично-дорожной сети, которые, в соответствии с основными положениями трудов отечественных ученых (Бабков В.Ф., Сильянов В.В., Лобанов Е.М., Михайлов А.Ю., Головных И.М. и др.), являются важными с точки зрения потребителей транспортных услуг.

В рамках настоящей работы предложены рекомендации по расчету следующих показателей из данной категории: интенсивность; объем движения, автомобилей за определенный период времени; средняя скорость движения, км/час; время сообщения по периодам суток по заданным маршрутам, часы; коэффициент загрузки движением участков дорог; скорость сообщения, км/час; удельное время сообщения (темп движения), мин./км; доля времени движения в условиях плотного транспортного потока, %.

Таким образом, разработанные в диссертационном исследовании

Средние скорости транспортныучотокое по му^иципальномуорразованию у коломн за юриод £ 23 03 20*1 по 30.03 2011 • ' * ' .-.ч; •,.;,.;.

математические модели и методы при практической реализации позволят значительно снизить затраты на создание сетевых моделей транспортных потоков.

Рисунок 8 - Картографическое представление данных о средних скоростях транспортных потоков (на примере г. Коломна Московской области) Данные модели и методы на практике реализуются, в значительной степени, за счет использования готовых аппаратно-программных решений действующих автоматизированных спутниковых навигационных систем диспетчерского управления городским пассажирским транспортом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан метод получения оценок параметров транспортных потоков на основе обработки данных спутниковой навигации от ПС ГПТ, работающего под контролем системы диспетчерского управления.

2. Получены и исследованы статистические зависимости между параметрами движения ПС ГПТ и параметрами движения транспортного потока на участках УДС города, имеющие форму линейных или степенных

регрессионных моделей.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы расчета параметров для четырех фазовых состояний ламинарного транспортного потока на участках улично-дорожной сети на основе обработки данных спутниковой навигации, поступающих в диспетчерскую систему от ПС ГПТ.^

4. Разработан и теоретически обоснован метод оценки средней скорости транспортных средств на участке, заканчивающемся регулируемым перекрестком.

5. Экспериментально показано, что в ламинарном транспортном потоке значения мгновенных скоростей пассажирских транспортных средств городского пассажирского транспорта распределены по нормальному закону

с отклонением от среднего значения в пределах доверительного интервала приблизительно ± 5% от среднего значения с доверительной вероятностью 0,95.

6. По экспериментальным данным оценены параметры аналитических моделей статистических зависимостей «скорость-плотность», «интенсивность-плотность» транспортного потока на полосе движения горизонтального прямолинейного участка магистральной дороги.

7. Разработанный метод оценки основных параметров транспортных потоков расширяет традиционную область практического использования спутниковых навигационных технологий на автомобильном транспорте. Дальнейшие исследования целесообразно проводить в следующих направлениях:

- совершенствование технологии диспетчерского управления городским пассажирским транспортом на основе использования информации о фактических условиях дорожного движения на маршрутах;

- развитие сетевых моделей транспортных потоков и организация непрерывного мониторинга параметров транспортных потоков на участках улично-дорожной сети;

- разработка методики оценки основных показателей, характеризующих транспортную работу автомобильных дорог на основе использования спутниковых навигационных технологий (ГЛОНАСС/GPS) автоматизированных диспетчерских систем управления городским пассажирским транспортом;

- разработка методов оценки параметров транспортных потоков для транспортных систем регионов с учетом специфики работы автомобильного пассажирского транспорта на региональной дорожной сети.

Основные положения диссертации представлены в следующих работах: в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Богумил, В.Н. Совершенствование управления городским пассажирским транспортом на основе создания АСУ перевозочным процессом / В.Н.Богумил, Г.А. Гуревич // Автотранспортное предприятие. - 2003. - №2 -С. 20-21.

2. Богумил, В.Н. Переход от дискретного к непрерывному диспетчерскому управлению пассажирским маршрутизированным транспортом / В.Н.Богумил, Г.А. Гуревич, М.Ю. Ожерельев // Автотранспортное предприятие. - 2007. - № 6 - С. 38-42.

3. Богумил, В.Н. Применение интеллектуальных телематических систем для оперативной оценки технического состояния автотранспортных средств / В.Н. Богумил, В.М. Власов, С.В. Жанказиев, А.Б. Смирнов // Автотранспортное предприятие. - 2007. - №9 - С. 50-53.

4. Богумил, В.Н. Оценка основных параметров транспортных потоков на основе использования навигационных данных транспортных средств городского пассажирского транспорта / В.Н. Богумил, Д.Б. Ефименко // Автотранспортное предприятие. - 2009. - №11 - С. 17-21.

5. Богумил, В.H. Современный облик автоматизированных систем диспетчерского управления городским пассажирским транспортом / В.М. Власов, В.Н. Богумил, Д.Б. Ефименко // Автотранспортное предприятие. -2010. -№1 -С. 3-10.

в других изданиях:

6. Богумил, В.Н. Как решить проблему обеспечения безопасного функционирования наземного пассажирского транспорта / В.Н. Богумил // Информост. - 1999. - №6 - С. 40-42.

7. Богумил, В.Н. Совершенствование процессов управления городским пассажирским транспортом в условиях возникновения нарушений в его работе и критических ситуаций (на примере г. Новокузнецка Кемеровской области) (статья) / В.М. Власов, A.A. Ружило, В.Н. Богумил, Д.Б. Ефименко // Деп. ВИНИТИ №631 - В2003, М.: МАДИ (ГТУ), 2003. - 19 с.

8. Богумил, В.Н. Анализ возможностей традиционных систем диспетчерского управления по оперативному регулированию процесса перевозок / В.Н. Богумил, М.Ю. Ожерельев // Деп. в ВИНИТИ РАН 03.12.04 Ш914-В2004. - М.: МАДИ (ГТУ), 2004. - 15 с.

9. Богумил, В.Н. Разработка отраслевого классификатора автоматизированных спутниковых навигационных систем для автомобильного транспорта (научные и практические аспекты) / В.М. Власов, В.Н. Богумил // 5-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сферы их применения». Материалы конференции. М., 2009. - С.

53 10. Богумил, В.Н. Разработка отраслевого классификатора автоматизированных спутниковых навигационных систем доя автомобильного транспорта / В.Н. Богумил // 3 Международный форум по спутниковой навигации 2009. Материалы форума-конференции. М., 2009. - С. 94.

11. Богумил, В.Н. Взаимодействие систем диспетчерского управления пассажирским транспортом с ИТС мегаполиса. / Богумил В.Н., Базельцев A.B., Ефименко Д.Б. // В кн.: Научные аспекты развития транспортно-телематичсских систем (сборник научных трудов)- М.: МАДИ, 2010. - С.237 -246.

12. Богумил, В.Н. Телематические системы диспетчерского управления движением автомобильного транспорта, как части ИТС мегаполиса / Богумил В.Н., Жанказиев C.B., Ефименко Д.Б. //9-я Международная научно-практическая конференция «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах», С-Пб., 2010. - С. 115 -120.

13. Богумил, В.Н. Использование функциональных возможностей систем диспетчерского управления пассажирскими перевозками для совершенствования информационного обеспечения систем управления дорожным движением крупного города / Богумил В.Н, Ефименко Д.Б. // Ползуновский альманах № 2, г. Барнаул, 2010. - С. 45-47.

Подписано в печать 26 августа 2011г Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 33

ТЕХПОЛИГРАФЦЕНТР Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. 8 а. Тел.:8-916-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71 E-mail: 7tpc7@mail.ru

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ. ФОРМИРОВАНИЕ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ транспортной ситуации в крупных городах России

1.2 Уровень транспортного обслуживания

1.3 Уровень удобства движения

1.4 Основные факторы, оказывающие влияние на транспортный поток, и методы их изучения

1.5 Основные характеристики движения автобусов на городских и пригородных маршрутах

1.6 Краткое описание основных характеристик и математических моделей транспортного потока

1.7 Анализ инструментальных методов измерения и оценки параметров транспортных потоков в автоматизированных системах управления дорожным движением

1.8 Описание экспериментальных методов получения данных о транспортных потоках

1.9 Анализ возможностей координатно-временного обеспечения телематических систем диспетчерского управления городским пассажирским транспортом в качестве источника данных для оценки параметров транспортных потоков

1.10 Выводы по первой главе. Формирование научной гипотезы, цели и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1Учет особенностей движения контролируемых транспортных средств городского пассажирского транспорта в транспортном потоке

2.2 Расчет параметров транспортных потоков на участках улично-дорожной сети с ламинарным характером движения транспортного потока

2.3 Формирование аналитических выражений функций «скорость-плотность», «интенсивность-плотность» для ламинарного потока на полосе движения магистральной для всей области изменения параметра «плотность транспортного 68 потока»

2.4 Расчет средней скорости смешанного транспортного потока на полосе участка при движении с задержкой, вызванной влиянием «узкого места»

2.5 Расчет величины средней задержки транспортных средств на полосе участка, оканчивающегося перекрестком со светофорным регулированием

2.6 Оценка параметров транспортного потока слабой интенсивности

2.7 Оценка состава потока на полосе движения пассажирских транспортных средств городского пассажирского транспорта

2.8 Погрешность метода *

2.9 Выводы по второй главе

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Цель экспериментальных исследований

3.2 Объекты наблюдений

3.3 Основные задачи проведения экспериментальных исследований по оценке параметров ламинарного транспортного потока

3.4 Основные научные принципы проводимых экспериментальных исследований ламинарного транспортного потока

3.5 Выбор условий проведения экспериментальных исследований ламинарного транспортного потока

3.6 Порядок проведения натурных исследований ламинарного транспортного потока

3.7 Экспериментальные исследования не ламинарного транспортного потока в зоне влияния регулируемого перекрестка

3.8 Анализ результатов построения моделей «скорость-плотность», «интенсивность-плотность» по результатам экспериментальных исследований

3.9 Экспериментальные исследования «шума» скорости транспортных средств городского пассажирского транспорта и оценка его влияния на точность определения параметров «плотность» и «интенсивность» ламинарного транспортного потока

3.10 Результаты экспериментальных исследований точности измерения времени задержки по модифицированной формуле Миллера

3.11 Экспериментальная оценка размеров «зоны влияния остановки общественного транспорта»

3.12 Выводы и заключения по третьей главе 132 4. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ И АНАЛИЗ

РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Организационные и технические условия практического внедрения метода косвенной оценки параметров транспортного потока

4.2. Рекомендации по использованию программного обеспечения географической информационной системы, входящей в состав системы диспетчерского управления городским пассажирским транспортом

4.3. Описание информационно - логической модели базы данных о параметрах транспортных потоков на участках дорожной сети, формирование базы пространственных данных

4.4. Организация вычислительного процесса по расчету параметров транспортных потоков

4.5. Рекомендации по проведению анализа скоростей движения маршрутизированного общественного транспорта

4.6 Рекомендуемый перечень отчетных табличных и картографических форм, получаемых по регламентным запросам

4.7 Рекомендации по расчету параметров, оценивающих транспортно-эксплуатационные качества участков улично-дорожной сети

4.8 Предложения по доработке алгоритмов координационно-временного обеспечения диспетчерских систем с целью повышения эффективности использования навигационной (ГЛОНАСС/ОРБ) информации при расчете средней скорости движения пассажирских транспортных средств

4.9 Выводы по четвертой главе 169 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 170 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 172 ПРИЛОЖЕНИЯ

Современное общество нуждается в постоянном увеличении объема транспортного сообщения, повышении его надежности, безопасности и-качества. Бурный рост автомобилизации в нашей стране привел к резкому возрастанию величины транспортного потока, который ведет себя нестабильно и многообразно. В результате обостряется противоречие между возрастающей потребностью населения в качественных транспортных услугах и ограниченными возможностями их реализации, особенно в крупных городах. Разрешение данного противоречия как у нас в стране, так и за1 рубежом осуществляется в; последние десятилетия на основе разработки и внедрения1 специализированных общегородских систем управления транспортными потоками; использующих терминальные технические средства - детекторы, камеры, видеонаблюдения и другие устройства, которые устанавливаются на главных магистральных дорогах и в наиболее напряженных точках- улично-дорожной сети. Характерными зарубежными примерами могут служить проект управления главными'магистралями города Лас-Вегас (США), проект управления окружной скоростной дорогой М25, проходящей вокруг города Лондона. В Москве такой системой является система «Старт» Центра- телеавтоматического управления движением транспорта.

Основной причиной «медленного» развертывания подобных автоматизированных систем управления является их сложность, масштабность, дороговизна. Их внедрение затрагивает многие элементы городской системы управления. Отрицательным фактором можно также считать быстрое моральное и физическое старение специализированной терминальной аппаратуры. системы. Соответственно, резко возрастает потребность в альтернативных, а,также - в любых дополнительных источниках информации для повышения информированности участников транспортных процессов и всех заинтересованных потребителей информации о состоянии дорожного движения.

Одним из источников исходных данных может являться обработанная специальным, образом спутниковая (ГЛОНАСС/ОРБ) навигационная информация, получаемая от двигающегося в общем транспортном потоке подвижного состава городского пассажирского транспорта (ПС ГГТГ), работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления пассажирскими перевозками.

Изложенное выше обосновывает актуальность настоящей работы, направленной на формирование альтернативных и дополнительных методов получения информации о параметрах транспортных потоков на улично-дорожной сети (УДС) города, региона.

Объектом исследования являются транспортные потоки на улично-дорожной сети городов.

Предметом исследования является навигационная информация, получаемая от контролируемого диспетчерской системой ПС ГПТ, выполняющего маршрутизированные перевозки и специальные алгоритмы ее обработки с целью получения оценок параметров транспортных потоков.

Научная гипотеза состоит в предположении о возможности получения достаточно точных оценок основных параметров транспортного потока с помощью специальных методов обработки навигационных данных, полученных от ПС ГПТ, контролируемого диспетчерской системой.

Целью исследованиям является формирование дополнительных источников информации о параметрах транспортных потоков на участках улично-дорожной сети на основе использования1 спутниковых навигационных технологий (ГЛОНАСС/СРБ) автоматизированных диспетчерских систем управления городским пассажирским транспортом.

Направление исследования; разработка научного, методического и алгоритмического обеспечения процессов мониторинга параметров транспортных потоков на основе обработки данных о маршрутизированном движении ПС ГПТ, работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления.

Основные задачи исследования:

1) Определение статистических зависимостей между параметрами движения1 ПС ГПТ и параметрами движения других участников совокупного транспортного потока на участках УДС города.

2) Разработка математических моделей и методических подходов для расчета основных параметров транспортного потока на участках УДС города на основе обработки навигационных данных о движении транспортных средств городского пассажирского транспорта, контролируемых диспетчерской системой.

3) Учет особенностей движения транспортных средств городского пассажирского транспорта при разработке методов оценки параметров транспортных потоков на основе обработки навигационной информации.

4) Проведение экспериментальных исследований по оценке сопоставимости результатов натурных обследований транспортных потоков с результатами модельных расчетов, выполненных на основе обработки навигационных данных.

5) Разработка рекомендаций по практическому применению предложенных методов и моделей.

Научная новизна заключается:

1. В разработке метода получения точечных оценок параметров транспортных потоков на основе обработки данных спутниковой навигации от ПС ГПТ, работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы диспетчерского управления.

2. В получении и исследовании статистических зависимостей между параметрами движения ПС ГПТ и параметрами движения* транспортного-потока на участках УДС города.

3. В разработке математических моделей и алгоритмов расчета параметров, ламинарного транспортного потока на участках улично-дорожной сети для' различных условий движения на основе обработки данных спутниковой навигации, поступающих в диспетчерскую систему от ПС ГПТ.

4. В разработке математических моделей и алгоритмов расчета среднего времени задержки транспортных средств на участках УДС, оканчивающихся! } ^ регулируемым, перекрестком, на основе обработки данных спутниковом' навигации от ПС ГПТ, контролируемого диспетчерской системой.

Достоверность результатов проведенных в работе исследований обеспечивается экспериментальным подтверждением основной гипотезы^ согласованностью- результатов теоретических исследований, получаемых на основании анализа,разработанных математических моделей для расчета основных параметров* транспортного потока, с результатами проведенных натурных экспериментов.

На защиту выносятся:

- методический.подход, математические модели, алгоритмы расчета и оценки параметров транспортных потоков на основе обработки спутниковых навигационных данных, полученных от ПС ГПТ, работающего под контролем автоматизированной спутниковой навигационной системы, диспетчерского управления;

- рекомендации, по практическому использованию разработанного подхода для оценки параметров транспортного потока.

Практическая ценность заключается в разработке:

- рекомендаций по практическому использованию разработанного подхода для оценки параметров транспортного потока;

- рекомендаций по расчету основных показателей, характеризующих транспортную работу автомобильных дорог.

Внедрение и реализация результатов работы.

Проделанная работа явилась составной частью методического обеспечения системы формирования данных о скорости транспортных потоков на участках дорожной сети муниципальных образований Московской- области (данный проект был внедрен для 9 городов Московской области).

Основные результаты исследования приняты к использованию на уровне Департамента государственной политики в области автомобильного-и городского пассажирского транспорта Минтранса России и ЗАО*' «НПП Транснавигация» (г. Москва).

Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены,на научно-технических и научно-исследовательских конференциях МАДИ, г. Москва 2008, 2009, 2010 гг., на заседании. Научно-технического совета Министерства транспорта Московской области в ноябре 2008 г., на научно-практической'конференции «Современные технологии на пассажирском транспорте» ноябрь 2008 года (г. Коломна), на 5-й Международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения»; 2009 т., на 3-м Международном форуме по спутниковой»навигации, 2009 г., на 9-й Международной научно-практической-конференции: по безопасности дорожного движения, сентябрь 2010 г. (г. Санкт-Петербург).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, общим-объемом,5;1 п.л., в том числе 5 статей в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных изданий ВАК РФ.