автореферат диссертации по транспорту, 05.22.01, диссертация на тему:Разработка методики мотивационного управления выездом на магистраль из объекта транспортного притяжения

На правах рукописи

УСТИНОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МОТИВАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫЕЗДОМ НА МАГИСТРАЛЬ ИЗ ОБЪЕКТА ТРАНСПОРТНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ

Специальность 05.22.01 - «Транспортные и транспортно-технологические системы страны, се регионов и городов, организация производства на транспорте»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре «Организация и безопасность движения»

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор,

Жа^шиев Султан Владимирович.

Официальные оппоненты: Курганов Валерий Максимович,

доктор технических наук, профессор, Тверской государственный университет, профессор кафедры «Математика, статистика и информатика в экономике»

Чуклинов Николай Николаевич,

кандидат технических наук, ФКУ «Дирекция Про1~раммы ПБДД», начальник управления координации и взаимодействия с государственными заказчиками и региональной политики

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт

автомобильного транспорта (НИИАТ)», г. Москва

Защита состоится «30» апреля 2015 года, в 10-00 часов, па заседании диссертационного совета ДМ 212.126.06 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, аудитория 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».

Автореферат разослан «_»_2015 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 , — Ефименко Д.Б.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА [______2015__|

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Современные мероприятия по организации дорожного движения (ОДД) предусматривают разработку и развертывание автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД). При этом в настоящий момент наблюдается тенденция устойчивого развития комплекса сервисных телематических приложений, реализуемых в качестве подсистем интеллектуальной транспортной системы (ИТС).

Стоит отметить, что одним из условий функционирования ИТС и АСУДД. является централизованное и непрерывное информирование участников дорожного движения (УДД) в целях оптимизации управления транспортными потоками. В некоторых случаях подобное мотивационное информирование УДД является предпочтительным, например, при управлении выездом с нарковочного пространства объекта транспортного притяжения (ОТП), поскольку директивное управление негативно отражается на репутации ОТП у потенциальных посетителей.

Посетители ОТП, осуществляя въезд на дорогу общего пользования, оказывают внешнее влияние на транспортные потоки и пропускную способность улично-дорожной сети (УДС). При этом неуправляемый выезд посетителей придорожных ОТП залпового характера может блокировать дорожное движение прилегающего фрагмента УДС, существенно снизив его пропускную способность.

Поэтому является актуальным управление УДД, покидающими ОТП (или хотя бы их частью) для предсказуемости влияния ОТП на пропускную способность прилегающего фрагмента УДС. При этом крайне важна организация двустороннего взаимодействия АСУДД и сервисной подсистемы управления выездом из ОТП в целях эффективного управления общегородским или магистральным транспортным комплексом.

Цель исследования. Повышение эффективности управления примыканием из О'ГП для снижения потерь времени на основной магистрали, за счет использования средств мотивационного управления участниками дорожного движения, осуществляющими выезд из ОТП, в целях минимизации конфликтности транспортных потоков в зоне примыкания.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести анализ отечественного и зарубежного опыта директивного и мотивационного управления транспортными потоками применительно к типовому фрагменту УДС придорожного ОТП.

2. Провести анализ существующих средств локального позиционирования и подтвердить необходимость наличия подобных технических средств, позволяющих идентифицировать и определять локальное местоположение посетителя ОТП (водителя, покинувшего своё ТС).

3. Сформировать базовую концепцию реализации мотивационного информирования посетителей ОТП (подсистема МИП) в рамках структуры

ИТС. Разработать организационную архитектуру и варианты функционального состава, а также алгоритм работы подсистемы МИП.

4. Экспериментально определить сферы применимости разработанной подсистемы МИП. Методами компьютерного моделирования провести имитацию фактической работы подсистемы МИП по управлению транспортными потоками, а также количественно оценить эффект от её развертывания.

5. Оценить заданные комплексные риски реализации результатов исследования, обосновать достижимость поставленных целей.

Объект исследования - АСУДД (ИТС) в зоне действия ОТП с изучением взаимного влияния УДЦ, выезжающих из ОТП, и транспортных потоков УДС.

Предмет исследования - подсистема мотивационного информирования посетителей ОТП (подсистема МИП), её роль в структуре АСУДД (ИТС).

Теоретическую и методологическую основу исследования составляют научные труды ведущих отечественных и зарубежных учёных в сферах управления транспортными потоками и отдельными УДЦ, теории и практики моделирования транспортных потоков, технологий локального позиционирования, статистического анализа и математического прогнозирования.

Основные методы исследования. При обосновании теоретических положений исследования использовались системные методы исследования, для проведения экспериментальных исследований применялись методы математического и имитационного моделирования транспортных потоков, а также математические и статистические методы построения прогнозов. Для получения исходных данных и создания портрета типового посетителя ОТП использовались общенаучные методы.

Научная новизна исследования состоит в разработке предложений по организации мотивационного управления выездом на магистраль из ОТП в интересах АСУДД (ИТС) в структуре одного из компонентов - подсистемы МИП:

1. Проведена оценка влияния исходящих автомобилизированных посетителей крупного ОТП, воздействующих на транспортные потоки прилегающего к ОТП фрагмента УДС.

2. Предложено с точки зрения ОДД рассматривать новую категорию УДЦ - «УДЦ - посетитель ОТП» - водитель и пассажиры, временно покинувшие свой автомобиль для посещения ОТП.

3. Разработан проект базовой подсистемы МИП, предложены её организационная и функциональная архитектуры, приведены технические средства физической и коммуникационной инфраструктуры.

4. Оценены заданные риски внедрения подсистемы МИП и определены направления дальнейших смежных исследований.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты работы включают в себя составные части технического проекта (ТП), содержащие описание структуры, состава и алгоритмов работы модулей подсистемы МИП. Приведенные данные являются универсальными и ориентированы на

практическое применение, позволяя создавать прикладные подсистемы МИП различного уровня подчинения с учетом современных требований и с меньшими временными и стоимостными затратами.

Реализация результатов исследования. Материалы исследования используются в учебном процессе кафедры «Организация и безопасность движения» «Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)». Предложенная методика и принципы функционирования компонентов были приняты к внедрению при выполнении ОКР «Поиск-ИУС» в рамках ФЦП «Развитие ЭКБ и радиоэлектроники» в 201213 годах по заказу Миппромторга РФ. Результаты исследования в части аппаратных средств и программных компонентов подсистемы МИП включены в план перспективного развития дилерского центра Фольксваген ООО «Руслан» (г. Москва).

На разработанное устройство персонализации посетителя ОТП (водителя, покинувшего своё ТС) и созданные программные модули определения локального местоположения посетителя ОТП получены 1 патент на полезную модель и 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Организационная структура подсистемы МИП и перечень её субъектов, информационная архитектура и функциональный состав подсистемы МИП. Выводы о возможности использования существующих технологий и технических средств в качестве компонентов подсистемы МИП.

2. Методика управления выездом на магистраль из ОТП включающая комплексный алгоритм работы модуля управления подсистемы МИП, состоящий из шести периодических и событийных процессов, а также обоснование выбора интегрального показателя эффективности ОДЦ, частных критериев его оценки и их целевых значений.

3. Сфера применимости подсистемы МИП, количественная оценка эффекта от развертывания, а также предложения по интеграции подсистемы МИП в АСУДЦ (ИТС).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «Информационные технологии в управлении» ИТУ-2012, ИТУ-2014 (г. Санкт-Петербург), X, XI, XII научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления» (г. Калуга), 30-й научно-технической конференции «Инновационные технологии в автоматизированных системах управления» (г. Минск), «Новые технологии в перспективных системах обнаружения, навигации и радиоуправления» (г. Москва).

Публикации. Основные теоретические положения и научно-практические результаты опубликованы в 5 работах. Во включенных в перечень рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Структура и последовательность изложения результатов диссертационной работы определены целью и задачами

исследования. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка использованной литературы и приложений. Текст диссертации изложен на 170 страницах, включая 74 рисунка и 21 таблицу. Список литературы включает 132 наименование отечественных и зарубежных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки методики мотивационного управления выездом из ОТП, а также обозначены предмет, объект, цели и задачи исследования.

В первой главе диссертационной работы проведён анализ отечественного и зарубежного опыта директивного и мотивационного управления транспортными потоками, а также существующих средств локального позиционирования.

Научно-практический опыт координированного управления транспортным комплексом начал формироваться во второй половине 20-го века. Так, в СССР были разработаны магистральные (АРДАМ, Магистраль) и общегородские системы (СТАРТ, Изумруд, Город, Диспут), основанные на директивном светофорном управлении УДД. Зарубежный опыт управления выездом на магистраль основывается на концепции Ramp Metering Control (RMC), комбинирующий директивное и мотивационное управление транспортными потоками. Система RMC ограничивает въезд на магистраль (светофоры) и указывает наилучшее место въезда (информационные дисплеи).

Объектами управления в этих системах являются транспортные потоки основной магистрали и въездов, средствами управления - светофоры, управляемые дорожные знаки (УДЗ), динамические информационные табло (ДИТ), интенсивность движения транспортных потоков определяется с помощью детекторов.

С развитием ИТС появилась необходимость автоматизированного взаимодействия УДД с её инфраструктурой, путём предоставления информационных сервисов для УДД посредством подсистем ИТС. Такое информирование, с точки зрения управления транспортными потоками, можно рассматривать как мотивационное, т.е. побуждающее УДД к определенному действию. Задачи ИТС по информированию УДД заключаются в обеспечении информацией о планируемой поездке, а также оказании информационной поддержки в течение всей поездки, что может осуществляться средствами индивидуального (бортовое автомобильное устройство) и группового (придорожные дисплеи) оповещения. Дальнейшая эволюция 1Т-тсхнологий обеспечила широкое распространение навигационных приложений и интернет-сервисов, установленных на мобильных устройствах связи, информирующих о текущей и прогнозной загрузке УДС.

Мотивационное управление посетителями ОТП заключается во временном перераспределении исходящих транспортных потоков путём адресного информирования о времени комфортного выезда из ОТП. Подача запроса на

выезд может осуществляться автоматически на основе анализа траектории перемещения по ОТП, поэтому подсистема МИГ1 должна иметь возможность идентификации и определения местоположения водителя, покинувшего своё ТС. Так как физические размеры ОТО статичны, позиционирование УДД целесообразно проводить в системе координат локальной области ОТП. В этом случае речь идёт о системах локального позиционирования Real-Time Location System (RTLS), ActiveRTID, позиционировании смартфона в среде Wi-Fi и др., использующих открытый диапазон частот 2,4 ГГц.

Анализ проблематики показал, что изучение взаимодействия ОТП и УДС необходимо для создания комплексной методики управления, а также формирования структуры, состава и алгоритмов работы подсистемы управления выездом на магистраль из ОТП.

Идеология ИТС подразумевает разработку и внедрение макросервиса, позволяющего получить пользу для всех вовлеченных субъектов. Поэтому существующие системы директивного управления выездом на магистраль не могут использоваться при управлении посетителями ОТП, так как это повлечет за собой снижение пользовательской привлекательности ОТГ1. Альтернативным решением является информирование УДД-посетителей ОТП, поэтому подсистема МИП должна решать задачи предсказуемости влияния УДД, выезжающих из ОТП, и их управления ради повышения фактической пропускной способности прилегающего к ОТП фрагмента УДС.

Вторая глава посвящена теоретическому формированию архитектуры подсистемы МИП, разработке алгоритма работы и принципов взаимодействия её компонентов. Предложен интегральный показатель качественной оценки мероприятий по ОДД, определены частные критерии оценки и целевая функция исследования.

Обзор существующих нлаиировочных решений показал, что наиболее распространён выезд из ОТП но дороге местного значения, которая примыкает к городской магистральной улице или загородной автомагистрали. Поэтому указанный фрагмент УДС предложено рассматривать в качестве одноуровневого праноповоротнога примыкания второстепенной дороги (выезда с прилегающей территории) к городской или загородной магистрали - «выезд на магистраль».

Составлена аналитическая модель рассматриваемого типового фрагмента УДС придорожного ОТП (рисунок 1), которая состоит из четырёх узлов (2-х исходных, 1-го конечного, области слияния), трёх сегментов и 5-ти сечений.

Управление рассматриваемым фрагментом УДС предлагается осуществлять с помощью подсистемы МИП, которая является составной частью организационной архитектуры ИТС, базируется на её элементах и осуществляет сервисы «дотранспортпое информирование» и «управление дорожным движением». Разработанное структурное решение подсистемы МИП состоит из трёх модулей: локального позиционирования, мотивационного информирования, управления. Дополнительным фактором успешного внедрения подсистемы МИП является сотрудничество с программой

лояльности покупателей, в которой сервис рассылки рекламной информации основывается на определении местоположения и персонализации потребителя.

Сегмент I—, Сеч&шеЛ—Сткпт!—\ Сечение IV—

Сегмент 1 — ( Узел 1 ): ■ : {

v^/ À

ЧА

- Сегмент 2

/

:'J УаепЗ

130E3D л

]ишз_А

согГ'р

- Ceuemie Ш

--ьениеш з .

ОТП •— Сечение (

Сеченut i

V» v— Сегж'ит 3

Рисунок 1 - Модель узлов и сегментов фрагмента УДС придорожного ОТП

— Сечение I

Эскизный проект информационной архитектуры подсистемы МИП (рисунок 2) формализует периодичный обмен сообщениями между соответствующими модулями.

Рисунок 2 - Информационная архитектура подсистемы МИП

Приведенный порядок работы подсистемы МИП. подразумевает первичную регистрацию УДД-посетителя OTII, которая сопровождается выдачей персонального идентификатора (бонусной карты, радиочастотной метки и др.) или установкой специализированного программного обеспечения (ПО) на смартфон. Затем, в зависимости от типа идентификатора, передача запросов потребителя телематических услуг на выезд из ОТП осуществляется модулем локального позиционирования автоматически или автоматизированно. В ответ Fia каждый запрос потенциального УДД, модуль мотивационного

информирования адресно передаст комбинированное сообщение, содержащее: 1) время комфортного выезда, полученное от модуля управления, и 2) место комфортного ожидания (таргстинговая реклама).

Для обеспечения координированного управления транспортным комплексом в целях минимизации конфликтности УДД в зоне примыкания, необходим расчёт показателей соответствующих транспортных потоков, что обеспечивается взаимодействием модуля управления подсистемы МИЛ и внешних информационных систем (ВИС) ИТС. Такой информационный обмен подразумевает со стороны подсистемы МИП: 1) получение ближнепрогнозных значений «квоты» на выезд УДЦ из ОТП. 2) отправку прогнозных и 3) фактических значений количества УДД, выезжающих из ОТП на магистраль.

Разработан комплексный алгоритм работы модуля управления подсистемы МИП (рисунок 3), состоящий из шести одновременно выполняемых периодических и событийных процессов:

Рисунок 3 - Комплексный алгоритм работы модуля управления

1) расчёт прогнозной интенсивности транспортного потока основной магистрали до примыкания из ОТП (сечение II, рисунок 1) на основании данных детекторов, расположенных на некотором удалении от ОТП (сечение I) для будущего момента времени А -

2) расчёт оптимальной интенсивности транспортного потока основной магистрали после примыкания из ОТП (сечение IV) на основании исходных данных от АСУДД о текущем значении пропускной способности в целях координированного управления магистралью - с;

3) хранение рассчитанных значений и N1* с в виде массивов данных;

4) расчёт исходных данных для определения квоты УДД, выезжающих на

магистраль из ОТП, для будущего момента времени т: прогнозная

интенсивность в сечении II - и оптимальная интенсивность в сечении IV-

N,vc-пт j

5) расчёт квоты на допустимое количество посетителей, выезжающих на магистраль из ОТП в будущий момент времени т - К/*;

6) обработка поступающих от посетителей ОТП запросов на выезд 3".

В соответствии с приведенным алгоритмом, обработка запросов 3"происходит по принципу «первый пришёл, первый ушёл» (FIFO). Поэтому, при поступлении очередного запроса, заполняется ближайшее свободное время обслуживания т из неиспользованного остатка квоты 0К|", а в случае её заполнения, из остатка квоты 0KJ"+1 на следующий период обслуживания т+1. Этот процесс (рисунок 4) осуществляется на основания текущих значений квоты /Г™, ранее использованной (в момент времени i—1) части этой квоты -ИК™.15 а также остатка квоты ОК™. По результатам обработки запроса, посетителю ОТП (потенциальному УДД) посредством модуля мотивационного информирования сообщается время комфортного выезда из ОТП. При этом происходит увеличение значения использованной квоты HKf1 на величину удовлетворенного запроса 3" и процесс переходит к ожиданию следующего запроса на выезд из ОТП 3f+1.

Рисунок 4 - Алгоритм обработки запросов на выезд из ОТП

Выявлено ограничение алгоритма, обусловленное невозможностью «мгновенно», после подачи запроса 3", осуществить выезд на магистраль, поскольку УДД еще находится в ОТП. Поэтому пространственно-временная

связь между переменными, предусматривает расчёт квоты на будущий момент времени т - К™. Интервал времени (тп — i) определяет среднее время выезда посетителя из ОТП на магистраль и включает в себя время проезда сегмента 3, время пешего перемещения по ОТП к автомобилю, передвижение по парковочному пространству, а также время реакции посетителя ОТП на оказание мотивационного управления.

Применение существующей нормативно-технической документации обосновало выбор интегрального показателя оценки эффективности мероприятий по ОДД. Сформированный в СССР «уровень удобства движения» определял четыре характерных состояния транспортного потока А...Г. Современная трактовка подразумевает шесть «уровней обслуживания движения» (УО)-A...F по аналогии с зарубежным Level of Service (LOS).

Уровень обслуживания УО зависит от основных характеристик транспортного потока - интенсивности движения N, скорости движения V, плотности потока q\

УО =f{N,V,q) (1)

В качестве частных критериев оценки ОДД транспортных потоков фрагмента УДС придорожного ОТП для оптимизации работы подсистемы МИГ1 были применены: I) сегмент магистрали:

1) коэффициент загрузки:

z1,2 = УУ(М?Л/Р -» zyo=c (2)

где: N™* - средняя интенсивность движения в i-ый промежуток времени, авт./ч, Р - практическая пропускная способность участка дороги, авт./ч.

2) коэффициент скорости движения:

ci,2 _ v"VA/Vmax -> суо=с (3)

где: 1ЛМРД - средняя скорость ТС на магистрали в i-ый промежуток времени, км/ч, Vmax - скорость движения в свободных условиях при УО = А, км/ч.

II) второстепенное примыкание - коэффициент скорости движения:

С1 = Vjvmax - суп=с (4)

где: V, - средняя скорость в i-ый промежуток времени, км/ч.

Целевая функция настоящего диссертационного исследования определена целевым назначением ОДД в части оптимизации условий движения: 1) повышение пропускной способности УДС; 2) снижение возможных задержек при движении ТС. Т.е. реализация новых сценариев управления УДД должна способствовать минимизации общего времени задержек ТЕ, которое определяется как сумма всех задержек всех ТС, участвующих в дорожном движении на рассматриваемом фрагменте УДС:

т п

ti=yL ^ min i=ij=i

где: Дс^ - суммарное время задержки /-го ТС в момент времени /', с; и -количество ТС на фрагменте УДС в момент времени /'. ирив. легк. авт.; Т -время наблюдения за дорожным движением фрагмента УДС.

В третьей главе представлены методика и результаты экспериментального исследования, которое проводилось для проверки теоретических выводов, в том числе с использованием современных средств имитационного моделирования транспортных потоков.

Аналитическая модель (рисунок 1) фрагмента УДС была воспроизведена в среде «РТУ УЪят» (рисунок 5). Фрагмент УДС придорожиого ОТП состоит из: 1) основной магистрали - прямолинейного горизонтального многополосного участка с односторонним движением длинной 1500 метров; 2) второстепенного примыкания - двухполосной дороги с односторонним движением длинной 500 метров, для адекватности моделирования которой, введено ограничение скорости 40 км/ч. Область слияния расположена в геометрическом центре длины основной магистрали и имеет двухполосную переходно-скоростную полосу суммарной длинной 200 метров.

Рисунок 5

- Объект экспериментального исследования в среде «РТУ \Ч851т»

При имитационном моделировании были допущены следующие упрощения: 1) запрет остановки и стоянки; 2) отсутствие велосипедных и пешеходных потоков; 3) эталонные метеорологические условия; 4) эталонные геометрические условия фрагментов УДС; 5) отсутствие прогнозируемых и неуправляемых событий, снижающих пропускную способность участка дороги; 6) использование стандартных сценариев управления ОДД. Расчет интенсивностей движения транспортных потоков проводился в приведенных легковых автомобилях.

Структура экспериментального исследования включала в себя проведение следующих видов моделирования: 1) качественное определение сферы применимости подсистемы МИП в зависимости от текущего состояния (УО) основной магистрали; 2) имитацию фактической работы подсистемы МИП.

Калибровка модели заключалась в определении оптимального значения интенсивности транспортного потока основной магистрали после примыкания из ОТП (ссчснис IV) - Л'/"с, основываясь на значении максимальной практической пропускной способности одной полосы магистральной многополосной дороги Ртах:

N!vc = Pmaxz™=c (6)

где: zyo c - значение коэффициента загрузки, которое наблюдается при уровне обслуживания УО = С.

При моделировании заданы значения: zy0=c = 0,70, Ртах = 2000 легк., авт./ч на полосу, поэтому N'v с = 1400 легк. авт./ч на полосу. Также, на основании дискретности dt = 5 мин. исходных данных по фактической нагрузке сечений / и V, была определена глубина прогнозирования подсистемы МИП, которая составила 15 минут или (3 * dt).

Качественное определение сферы применимости подсистемы МИП выявило необходимость её использования в следующих условиях: 1) УО С —* —► УО D; 2) УО D —► УО С, т.е. в условиях перехода в перенасыщенное и обратного возврата в ненасыщенное состояние транспортного потока основной магистрали. Результаты первой очереди экспериментов в виде рекомендуемых интервалов работы подсистемы МИП приведены в таблице 1. При этом обеспечиваюсь выполнение основного условия (7) для периода ЛТ = 1 час, выбранного на основании проведенного в рамках настоящего исследования анкетирования посетителей ОТП.

Таблица 1 - Интервал работы подсистемы МИП

№ Интервал времени Уровень обслуживания магистрали (УО по т) Состояние подсистемы МИП Комментарии

I 7.01-9.25 Л. С Выкл. Управление выездом не требуется. Свободный поток.

2 9.26-12.05 С — D Вкл.

3 12.06 - 16.40 D...F Выкл. Управление выездом уже невозможно. Перенасыщенный поток.

4 16.41 - 18.15 D —♦ С Вкл.

5 18.16 - 19.00 С. А Выкл. Управление выездом не требуется. Свободный поток.

Имитация фактической работы подсистемы МИП проводилась в целях получения исходных данных для сравнительного анализа целесообразности управления исходящим траффиком OTII. При проведении экспериментов на транспортный поток основной магистрали оказывалось внешне воздействие в виде исходящего из ОТГ1 транспортного потока, движущегося по примыканию, без управления (эксперимент № 2.1) и с управлением подсистемой МИП (эксперимент № 2.2). В результате проведения экспериментов были получены следующие результаты:

1) время проезда ГС, движущихся по основной магистрали (сегмент 1 + сегмент 2) - (tf + tf) = f(t) - рисунок 6 и рисунок 9;

2) время проезда ТС, движущихся по второстепенному примыканию (сегмент 3 )-tf = f(t)~ рисунок 7 и рисунок 10;

3) интенсивность транспортного потока, движущегося по второстепенному примыканию (сегмент 3) - N¡3 = f{t) - рисунок 8 и рисунок 11.

Время эксперимента, мин.

Рисунок 6 - Зависимость (tf + tf) = /(t): Эксперимент № 2.1

Рисунок 7-Зависимость tf = /(t): Эксперимент № 2.1 1600

О j£ 1400

0 | В > 1200

S в. » 6 1000

g О s ™ 800

1 О * £ 600

| ГО н | 400 I Q. О К She 200

0

07:05 08:05 09:05 10:05 11:05 12:05 13:05 14:05 15:05 16:05 17:05 18:05

Время эксперимента, мин.

Рисунок 8 - Зависимость N? = /(t): Эксперимент № 2.1

07:05 08:05 09:05 10:05 11:05 12:05 13:05 14:05 15:05 16:05 17:05 18:05

Время эксперимента, мин.

Рисунок 9 - Зависимость (t/ + tf) = /(t): Эксперимент № 2.2

л

Б

0

1 ю

0 X

Р

1

£

Краткий сравнительный анализ результатов экспериментов № 2.1 и 2.2 показал, что взаимное согласование транспортных потоков рассматриваемого фрагмента УДС придорожного ОТП с помощью подсистемы МИН позволяет улучшить уровень обслуживания основной магистрали после примыкания (сегмент 2). Расчет УО проводился по коэффициенту скорости движения, результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Сравнительный анализ результатов экспериментов № 2.1 и 2.2

ЬСЮЧ Без управления (№2.1) ьояХ. С управлением (№2 2) Разница

Кол-во значений % Кол-во значений % %

Интервал времени 9.26 - 12.05

В 8 25,0 В 8 25,0 0,0

С 19 59,4 с 24 75,0 +15,6

й 5 15,6 П 0 0,0 -15,6

Всего: 32 100,0 Всего: 19 100,0 0,0

Ипгернал времени 16.41 -18.15

С 14 73,7 С 15 78,9 +5,2

Э 5 26,3 И 4 21,1 -5,2

Всего: 19 100,0 Всего: 19 100,0 0?0

В четвертой главе приведено расчётное обоснование методики могивационного управления выездом на магистраль из ОТП, оценены заданные риски, а также сформированы предложения по комплексному управлению

Рисунок 11 - Зависимость ЛГ? = /(£): Эксперимент № 2.2

о (г °

о. 9

о 1

с 5

и х

5 I

<1500 ш

я 1000 £

§ 500

07:05 08:05 09.05 10:05 11:05 12:05 13:05 14:05 15:05 16:05 17:05 18:05

Время эксперимента, мин.

выездом на магистраль из О'ГП с использованием директивного и мотивационного методов управления транспортными потоками.

Алгоритм работы подсистемы МИП обеспечил её включение во время имитационного моделирования в течение двух интервалов времени (см. таблицу I): 9.26 - 12.05 (2 часа 40 минут) и 16.41 - 18.15 (1 час 35 минут). В указанные интервалы времени производилось мотивационное управление интенсивностью транспортного потока второстепенного примыкания (сечение V) в целях его согласования с текущей и прогнозной интенсивностью транспортного потока основной магистрали (сечение /).

Управляющее воздействие АЫУ (рисунок 12) представляет собой разницу между интенсивностью транспортного потока сечения V, полученную во время эксперимента № 2.1 (подсистема МИП не работает) и аналогичным параметром, полученным во время эксперимента № 2.2 (подсистема МИП функционирует). Величина управляющего воздействия составила до 712 легк. авт./ч. (или до 12 авт./мин.), среднее значение управляющего воздействия — около 300 легк. авт./ч (5 авт./мин.).

г«I х

1 5

2 10 — I-

2 С й Я

£ £ 5 га

5 » & 2

I * £ г

О- о с ш

> " 5 4

с

Управляющее воздействие также можно представить в виде процентного соотношения управляемых (задержанных) выездов к общему количеству посетителей, покидающих ОТП и въезжающих на магистраль. Зависимость коэффициента управляющего воздействия ктп = /(£) приведена на рисунке 13. Во время имитационного моделирования максимальное значение коэффициента /смип составило величину до 60 %, среднее значение - 24,6 %.

Рисунок 12 - зависимость ДЫу = /((:)

800 700 600 500 400 300 200 100 0

09:30

18:00

10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 17:00 17:30

Время работы подсистемы МИП, мин.

Рисунок 13 - зависимость /смип = /((:)

х ш X 9 г •в--е-

т О X

70,0

е * бо.о

| 50,0

2 ¡5 40,0 ос С

5 ,х зо.о

ей ф

5 Ч 20,0 о. го

5. § 10'° 0,0

09:30

—Т-Т-1-I-I--1--1-|-1-1-Г-1--Г !----1--1--1-!-!-1-Т--Г--1-1

10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 17:00 17:30 18:00

Время работы подсистемы МИП, мин.

Указанное управляющее воздействие обеспечило изменение интенсивности суммарного транспортного потока основной магистрали (<сечение IV), которое характеризуется коэффициентом управления /с", зависимость которого ку = f{t) приведена на рисунке 14. Во время имитационного моделирования максимальное значение коэффициента ку составило величину около 16 %, среднее значение - 5,6 %.

Коэффициент управления, % ирм Э Ln О у О Э О О О О -------------------------------_--¡----- i

- — - -А- "А А - —

n.'^^xWvK А А г\ А

/ V V у 1 Vy yvV^

09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 17:00 17:30 18:00 Время работы подсистемы МИП, мин.

Рисунок 14 —зависимость ку = /(Г)

На основании приведенных зависимостей кмип =/(£■) (рисунок 13) и ки = f(t) (рисунок 14) сделан вывод, что в среднем за указанный период моделирования управление 25% выездов из ОТП позволяет изменять суммарный исходящий транспортный поток фрагмента УДС придорожного ОТП (сечение IV), в пределах 5%.

Оценка целевой функции (5) подразумевает определение величины средней задержки ТС: 1) движущихся по магистрали - 4гч1МРД; и 2) движущихся по примыканию - Лtf отп.

Для оценки качества ОДД подсистемы МИП был проведен расчёт разницы между временем проезда по магистрали и примыканию для экспериментов № 2.1 и № 2.2, которая количественно оценивает положительный эффект развертывания подсистемы МИП.

На рисунке 15 представлена зависимость ^мрд = /"(£) для эксперимента № 2.1 (пунктирная линия) и эксперимента № 2.2 (сплошная линия).

га

5F

ш о

ос

СО

140,0 --------------------------------------

О 135,0 4......-.....-....................------------i —.................-...............Время

£ 130,0 4...........................Ау , г—........—..........- Д А ,............- проезда по

га 125,0 - Л К\\ £-------/уЦгТи МРД

2-120,0 +——ГЧ / Y/\w\.....V--------7—— Л 1 (эксперимент

¡ u5,o -yi-i у V V XTNJV A ------V V 2.1)

™ 110,0 г. .....................--------------------------V......"лА-----------:----------Время

0 105,d V j---------—---------V проезда по

с 100,0 V»......................................- ..........---------------------------- ■ МРД

95,0 +—г -i » г г.....-г.......т i i i т г.......т г.....-t........т.....г- (эксперимент

09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 17:00 17:30 18:00 2>

Время работы подсистемы МИП, мин.

Рисунок 15 - зависимость tf М1Д = /(t). Эксперименты № 2.1 и № 2.2

Работа подсистемы МИН привела к уменьшению времени проезда ТС по основной магистрали (сегмент 1 + сегмент 2). Разница времени проезда Дс^ М1 д (времени обслуживания) по основной магистрали во время моделирования между экспериментом № 2.1 и экспериментом № 2.2 показана на рисунке 16. Максимальный выигрыш во времени проезда магистрали одного ТС составил 17 секунд, среднее время в течение работы подсистемы МИП - 3 секунды.

20,0

ш

СЗ

0) го 15,0

0)

X о

<и о. сг 10,0

1 с а.

л X X 5,0

01 О) о

? ? с 0,0 •

> <и а

ОЭ.'ЗО 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 17:00 17:30 18:00

Время работы подсистемы МИП, мин.

Рисунок 16 - Зависимость Д£(Е М1 ^ = f(t). Эксперименты № 2.1 и № 2.2

Аналогично была представлена зависимость ь} 01 п = /(£) (рисунок 17) для эксперимента № 2.1 (пунктирная линия) и эксперимента № 2.2 (сплошная линия).

^ о

з|

01 га о 5 о. л «= £ к г

2 2-ш с

и. о

Ш с

80,0 78,0 76,0 74,0 72,0 70,0 68,0 66,0 64,0

«Г

♦.....г

>г

ТП

.......Н

09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 17:00 17:30 18:00

Время работы подсистемы МИП, мин.

Время проезда по примыканию (эксперимент 2.1)

• Время проезда по примыканию (эксперимент 2.2)

Рисунок 17 -зависимость отп = /(£)■ Эксперименты № 2.1 и № 2.2

Работа подсистемы МИН привела к уменьшению времени проезда ТС по второстепенному примыканию (сегмент 3). Разница времени проезда Дс,?01Г1 (времени обслуживания) по примыканию во время моделирования между экспериментом № 2.1 и экспериментом № 2.2 показана на рисунке 18. Максимальный выигрыш во времени проезда примыкания одного ТС составил 10 секунд, среднее время в течение работы подсистемы МИП - 3 секунды.

Рисунок 18 - Зависимость Дtf отп = f(i). Эксперименты №2.1 и № 2.2

11,0

о

с

ш £ го и 9,0

е£ 2 ,

X 01 ХЛО

ш о X

э л о. с 2 5,0

X т -с

ш X |3,0

> ш

> ? о.

ш = 1,0

о.

ш -1,0

09:30

10:00 10:30 11:00 11:30 12:00

Время работы подсистемы

Результаты экспериментов № 2.1 и № 2.2 показали, что время обслуживания основной магистрали и второстепенного примыкания сократилось за счёт взаимного согласования интенсивностей движения указанных конфликтующих транспортных потоков. Однако также необходимо учитывать время мотивационной задержки посетителя ОТП - Л£(мип. Во время эксперимента № 2.2 максимальное значение мотивационной задержки посетителя ОТП составило 12 минут, среднее время - 4,6 минуты. Зависимость ¿¿мип _ ^^ показана на рисунке 19.

Рисунок 19 - Зависимость ¿{¡мип = f(t). Эксперимент № 2.2

Во время проведения имитационного моделирования общее время работы подсистемы МИП за сутки составило 4 часа 15 минут. Дополнительно зафиксировано: 1) Снижение суммарного времени обслуживания всех ТС,

т п

движущихся по магистрали: уГ ^ ¿Ц^М1Л и 19 ч; 2) Снижение суммарного

¡=1/=1

ни обслуживания всех ТС, движущихся по второстепенному примыканию '^5°™ = 11539 с « 3,2 ч; 3) При этом общее время мотивационной

1=1

т п

задержки посетителя ОТП составило: ^ Л£^мип » 385 ч.

'=11=1

Ранее отмечаюсь, что основная задача подсистемы МИН заключается во временном перераспределении выездов УДД из ОТП и согласовании моментов этих выездов в соответствии с текущей загрузкой магистрали. Сформировано, что основным условием выполнения комплексного алгоритма работы подсистемы МИП, а также составляющих его процессов, является превышение квоты АСУДД на выезд из ОТП, количеству запросов на осуществление этого действия:

т т

(7)

1=1 ¡=1

Для уравнения (7) предложено значение интервала времени ЛТ = 1 час, что совпадает с обоснованным временем глубины прогнозирования, используемом при разработке и эксплуатации существующих АСУДД. Необходимо отмстить, что этот интервал ограничивает максимальное значение диапазона мотивационной задержки посетителей ОТП — Д£(ми", для определения которого, в рамках настоящего исследования было проведено анкетирование посетителей (только водителей ТС). 31,7% водителей ТС высказались в пользу значения диапазона мотивационной задержки на

уровне 30-60 минут, результаты анкетирования приведены на рисунке 20.

■ Не имеет значения а до 15 минут

15 - 30 минут

Я 30 - 60 минут

Я затруднились ответить

Рисунок 20 - Мотивационная задержка Д(:,мип: результаты анкетирования

На рисунке 21 представлена зависимость интенсивности основной магистрали ог времени (Москва, Варшавское шоссе, будний день, 8.00), зафиксирован переход транспортного потока в перенасыщенное состояние. Переходный процесс длится 68 минут (с 19-й по 86-ю минуты), в течение которых УО=С -»УО=Э.

В условиях магистрали регулируемого движения, оборудованной одноуровневыми светофорными пересечениями, выявлен характерный признак переходного процесса - большой разброс соседних значений интенсивности движения, с сохранением преобладающего восходящего тренда.

В предложенных условиях система RMC для управления выездом из ОТП будет использовать прерывистый режим работы, приводящий к потере эффективности так как: 1) в момент повышения нагрузки будет увеличиваться очередь на въезде; 2) в момент понижения нагрузки система RMC не оказывает управляющего воздействия на второстепенное примыкание, оставляя неиспользованную часть квоты на выезд.

Альтернативное средство управления - подсистема МИЛ в указанных условиях обеспечит: 1) локальное перераспределение во времени спроса на выезд из ОТГТ из интервала времени с превышением квоты на выезд, в интервал времени, где квота полностью не используется, т.е. подсистема МИН работает в постоянном режиме; 2) в момент повышения нагрузки подсистема МИМ предлагает УДЦ задержаться в комфортных условиях ОТГ1, что способствует снижению очередей на въезд, улучшая ОДД в области слияния транспортных потоков.

Установлены предпосылки для реализации комплексного управления выездом на магистраль:

I) Существующие системы директивного управления выездом на магистраль, предоставляют преимущественное право проезда транспортному потоку основной магистрали. Такой алгоритм функционирования локальной АСУДД изначально ставит в неравные условия посетителей придорожного OTIT, кроме того, оказывается негативный эффект на пользовательскую привлекательность придорожного ОТП.

II) Предложенный в настоящем исследовании альтернативный тип мотивационного управления - подсистема МИП, не сможет обеспечить функционирование въезда на магистраль придорожного ОТП в круглосуточном режиме, поскольку не будет выполняться условие (7).

III) При совместной работе подсистемы МИП и системы RMC, подсистема МИН сможет: 1) Уменьшить общее время функционирования системы RMC; 2) Обеспечить однократный переход сферы ответственности от системы RMC к подсистеме МИП, исключая прерывистый режим работы системы RMC.

Результат имитационного моделирования комплексного управления выездом на магистраль из ОТП, выраженный временем работы систем управления, приведен в таблице 3.

__Таблица 3 - время работы систем управления выездом из ОТП

№ Без подсистемы МИП С подсистемой МИП

I 9.26- 18.05 Система ШС 9.26 - 12.05 Подсистема МИП

2 12.06 - 16.40 Система ЯМС

3 16 41 - 18.15 Подсистема МИП

Итого: Общее время: 8 часов 40 минут 100%-ЯМС Общее время' 8 часов 50 минут 52 % - 4 часа 35 минуг - ИМС 48 % - 4 часа 15 минуг - МИП

Так как при работе подсистемы МИП с высокой точностью заранее известен спрос на обслуживание и его краткосрочный прогноз, производится точное дозирование ТС, выезжающих па магистраль. Это позволяет: 1) предложить посетителям ОТП комфортное место ожидания рекомендуемого времени выезда из О'Ш; 2) снизить затор на выезде на магистраль в случае уменьшения квоты на выезд.

Комплексное управление выездом из ОТП посредством директивного управления системы ВДЛС и мотивационного управления подсистемы МИП позволяет обеспечить оптимизацию транспортных потоков области слияния выезда на магистраль придорожного О'Ш. Имитационным моделированием доказано, что при совместной работе подсистема МИП сможет обеспечить функционирование в течение от 35 % (перегруженные магистрали) до 50 % общего интервала времени управления выездом из ОТП.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационном исследовании получены следующие основные результаты, совокупность которых подтверждает достижение цели исследования и решение задач исследования:

1. Проведенный анализ показал, что в РФ распространено директивное управление УДЦ в интересах АСУДД (ИТС). При этом системы директивного управления не могут использоваться при управлении посетителями ОТП для ОДЦ выезда на автомагистраль. С указанной точки зрения тема диссертационного исследования является актуальной.

2. Персонализированное мотивационное управление в рамках локальной АСУДД выезда на магистраль из ОТП основывается на идентификации и определении местоположения УДД-посетителя ОТП. Выполненный анализ подтвердил возможность разработки модуля локального позиционирования в структуре подсистемы МИП в соответствии с заданными требованиями.

3. В теоретической части исследования предложена базовая концепция подсистемы МИП, содержащая организационную архитектуру, варианты функционального состава, а также алгоритм работы её составных элементов. Рассмотрено место и роль подсистемы МИП в архитектуре ИТС, предложен функциональный состав подсистемы МИП, включающий три модуля:

локального позиционирования, мотивационного информирования и управления.

4. Представлен комплексный алгоритм работы модуля управления подсистемы МИЛ, состоящий из шести процессов. Интегральным показателем оценки эффективности мероприятий по ОДЦ выбран уровень обслуживания (УО) и приведены частные критерии его оценки: коэффициент загрузки и коэффициент скорости движения. В качестве целевой функции оптимизации конфликтующих транспортных потоков типового фрагмента УДС придорожного ОТП предложена минимизация суммарного времени задержек ТС.

5. Экспериментальное исследование позволило качественно определить сферу применимости подсистемы МИГ1. При этом сформировано основное условие работы подсистемы МИП, характеризующееся превышением квоты на выезд из ОТП спросу на это действие.

6. Имитационное моделирование работы подсистемы МИП показало улучшение уровня обслуживания фрагмента УДС придорожного ОТП. При этом зафиксировано снижение усреднённого времени обслуживания основной магистрали на 2,5 %, второстепенного примыкания - на 4 %.

7. Комплексное управление выездом из О ГГ1 подразумевает попеременное применение директивного (система RMC) и мотивационного (подсистема МИП) управления УДЦ. При совместной работе этих систем, подсистема МИП сможет функционировать ежесуточно в течение 35 - 50 % интервала времени управления.

8. Проведённая оценка комплексных рисков реализации результатов исследования подтвердила возможность реализации базовой концепции мотивационного информирования посетителей ОТП в рамках подсистемы МИП в задачах АСУДД (ИТС).

9. Направление дальнейших исследований связано с формированием прикладных поведенческих моделей и определения психо-социологических аспектов взаимодействия потребителя телематических услуг (посетителя ОТП) и функциональных элементов подсистемы МИ11.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

I. Публикации в изданиях нэ перечня рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Устинов, А.Н. Телематическая система непрерывного отслеживания мобильных объектов на основе систем локального позиционирования (технология ActiveRFID) для управления внутренними транзитами объектов транспортного притяжения / А.Н. Устинов // Вестник МАДИ. - 2012. - №4 (31), -С.66-72.

2. Жанказиев, C.B. Подходы к созданию подсистемы управления выездным транзитом объектов транспортного притяжения в задачах интегрированной

АСУДД / C.B. Жанказиев, А.H. Устинов, O.E. Курьянова // Вестник МАДИ (ГТУ). -2013. -№2 (33), - С.87-91.

3. Устинов, А.Н. Электромагнитная совместимость технических средств стандарта IEEE 802.15.4 / А.Н. Устинов // Технологии электромагнитной совместимости. - 2013. - № 2(45). - С.42-46.

4. Устинов, А.Н. Применение систем RTLS в медицинских учреждениях / А.Н. Устинов // Наукоёмкие технологии. 2014. № 3. 65-68 с.

II. Научные публикации в прочих изданиях:

5. Устинов, А.Н. Подсистема контроля условий перевозок специализированных грузов с помощью автономных измерительных средств / А.Н. Устинов // Вестник ГЛОНАСС. - 2014. - №1 (16). - С.70-75.

III. Зарегистрированные объекты интеллектуальной собственности:

6. Персональное оконечное устройство стандарта IEEE 802.15.4: пат. на полезную модель № 125010 РФ / В.А. Михеев, A.B. Уткин, A.II. Устинов; заявитель и правообладатель ОАО «ИМЦ Концерна «Вега». - № 2011154507; заявл. 30.12.11; зарег. 20.02.13.

7. Устинов А.Н., Клиент-файловое программное обеспечение «локального сервера» для работы с беспроводными сетями стандарта IEEE 802.15.4. РОСПАТЕНТ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616131. Правообладатель ОАО «ИМЦ Концерна «Вега», заявл. 12.05.12; зарег. 04.07.12.

8. Устинов А.Н., Гунько Д.В., Удаленное автоматизированное рабочее место оператора локальной информационно-управляющей системы. РОСПАТЕНТ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616199. Правообладатель ОАО «ИМЦ Концерна «Вега», заявл. 12.05.12; зарег. 05.07.12.

9. Устинов А.Н., Гунько Д.В., Локальный сервер и автоматизированное рабочее место оператора локальной информационно-управляющей системы. РОСПАТЕНТ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616200. Правообладатель ОАО «ИМЦ Концерна «Вега», заявл. 12.05.12; зарег. 05.07.12.

\

Подписано в печать:

26.02.2015

Заказ № 10578 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www. autoreferat. ru

15--3 017

2014270787