автореферат диссертации по транспорту, 05.22.01, диссертация на тему:Разработка методики повышения эффективности системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций (ДТП) на основе телематической технологии

На правах рукописи

Сенин Сергей Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ РЕАГИРОВАНИЯ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ (ДТП) НА ОСНОВЕ ТЕЛЕМАТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность 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

005570735

Москва-2015

005570735

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

Научный руководитель: Доктор технических наук, доцент,

Жанказиев 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, Заведующий отделом «Безопасность на автомобильном транспорте» ОАО "НИИАТ"

Ведущая организация: Федеральное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Академия гражданской защиты» МЧС России, г. Химки

Защита состоится «2» июля 2015 г. в 10.00 часов, на заседании диссертационного совета ДМ 212.126.06 при Федеральном государственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" по адресу: Москва, Ленинградский пр-т, 64, аудитория 42

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)". Л р

Автореферат разослан «¿»У» ¿^у^Аа. 2015 г.

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 , Д.Б. Ефименко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Необходимость снижения тяжести дорожно-транспортных происшествий (ДТП) на автомобильных дорогах Российской Федерации требует применения комплекса мер, предусматривающего не только меры организационного характера, осуществляемые сотрудниками МВД, но также применение современных технических решений. В рамках Федеральной целевой программы «Повышение безопасности дорожного движения» на период 2013-2020 гг. сформулирована задача создания российской интеллектуальной транспортной системы (ИТС), которая предназначена для целей повышения эффективности транспортных процессов на автодорогах и оперативного реагирования на ДТП и чрезвычайные ситуации (ЧС). В рамках задач, которые стоят перед организаторами дорожного движения, одной из важнейших является задача полного, достоверного и своевременного доведения информации до специальных служб при возникновении ДТП и ЧС на автомобильных дорогах.

Главным технологическим направлением развития ИТС в РФ является сочетание системы спутникового навигационного позиционирования (ГЛОНАСС -глобальная навигационная спутниковая система) с бортовым оборудованием (штатными и опционными телематическими элементами транспортных средств) и телематическими элементами дорожной инфраструктуры. Однако только развитие телематических технологий без создания комплексной эффективной системы экстренного реагирования при возникновении ДТП и ЧС не приведет к достижению одной из основных целей развития ИТС - повышению эффективности оперативного реагирования.

Пространственные особенности, а так же специфика отраслевого использования средств навигационного позиционирования в Российской Федерации формируют значительные ограничения для полноценного применения технологий навигационного позиционирования и организации оказания экстренной результативной помощи в рамках систем экстренного реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильной дороге, внедренных за рубежом. Поэтому разработка проблем создания оригинальной системы экстренного реагирования при возникновении ДТП и ЧС на автомобильных дорогах на основе телематических технологий и ориентированной на российскую специфику

является актуальной задачей, требующей научного подхода.

Рабочая гипотеза исследования. Для разработки действенной системы экстренного реагирования при возникновении экстремальных ситуаций (ДТП, ЧС) на основе телематических технологий предполагается определить комплексный критерий эффективности, в котором учитывались бы технические возможности и экономические ресурсы участников системы. На этой основе сформировать механизм эффективного ситуационного управления по фактам ДТП и ЧС на автомобильных дорогах путем построения и реализации специальной математической модели функционирования системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций.

Область исследования. Исследование проведено в соответствии с Паспортом специальности 05.22.01 «Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте» п.п.: 1. Транспортные системы и сети страны, их структура, технологии работы. Оптимальная структура подвижного состава; 2. Транспортные системы регионов и городов, оптимальные виды городского транспорта, включая метрополитен. Принципиально новые виды городского транспорта; 7. Обеспечение безопасности и защиты транспортных комплексов, производств и транспортных средств от несанкционированного вмешательства и воздействий специальности 05.22.01. Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте.

Объектом исследования является информационная система обеспечения безопасности дорожного движения в части технических и организационных решений, касающихся минимизации негативных последствий ДТП.

Предметом исследования является система реагирования при возникновении экстремальных ситуаций (ДТП, ЧС) на автомобильных дорогах, включенная в российскую интеллектуальную транспортную систему.

Целью исследования является повышение эффективности механизма ситуационного управления по фактам ДТП и ЧС на автомобильных дорогах на основе применения модели функционирования системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций, в которой реализованы функции анализа и минимизации затрат времени и ресурсов на данное реагирование.

В соответствии с поставленной целью, в работе предусматривается решение следующих связанных между собой задач:

- определить направления совершенствования и развития российской системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на автомобильных дорогах;

- провести оценку возможностей применения телематической технологии для повышения эффективности системы реагирования;

- разработать методические основы построения системы реагирования при ДТП;

- построить модель функционирования системы реагирования на ДТП;

- разработать алгоритм функционирования системы реагирования на

ДТП;

- разработать программное обеспечение системы реагирования на ДТП;

- провести модельные эксперименты для демонстрации возможностей разработанной модели при определении:

а) оптимального уровня оснащенности транспортных средств устройствами телематики для минимизации затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении ДТП;

б) оптимальных диапазонов размещения постов базирования специализированных служб для сокращения общего времени реагирования на ДТП.

Научная новизна исследования заключается в повышении эффективности механизма ситуационного управления по фактам ДТП, построенного на основе применения модели функционирования системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций, в которой реализованы функции минимизации рисков ошибок ситуационного управления по фактам ДТП, а также затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении экстремальных ситуаций.

В теоретическом, методическом плане лично автором получены следующие, наиболее существенные научные результаты, составляющие новнзну исследования и выносимые на защиту:

1. Обоснование необходимости дополнения новых технических решений в области телематических технологий актуальными алгоритмами и реализую-

щим их программным обеспечением для построения эффективной системы реагирования на возникновение экстремальных ситуаций на дорогах;

2. Обоснование перспективности направления развития инженерно-технологического направления ИТС на основе массированного использования возможностей системы спутникового навигационного позиционирования (ГЛО-НАСС);

3. Методические основы построения эффективной системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на дорогах;

4. Модель системы реагирования при возникновении чрезвычайных ситуаций;

5. Общий алгоритм работы модели, имитирующей работу системы реагирования при возникновении ДТП и ЧС на автомобильных дорогах;

6. Программное обеспечение алгоритма, описывающего модель, которая имитирует работу системы реагирования при возникновении ДТП и ЧС;

7. Обоснование зависимости существенных параметров реагирования от степени оснащенности ТС, попавшего в ДТП (ЧС), средствами телемеханики, проведенное с использованием разработанной модели;

8. Рекомендации по выбору мест расположения постов базирования служб реагирования, полученные в результате проведения имитационных экспериментов с использованием разработанной модели.

Практическая значимость исследования заключается в том, что его теоретические положения доведены до конкретных рекомендаций по построению методики ситуационного реагирования при возникновении ДТП на основе применения разработанной математической модели.

Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на V Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире».

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 4 печатных научных трудах. Из них три статьи опубликованы в изданиях, включенных в Перечень рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций.

Структура и содержание работы. Цели и задачи исследования опреде-

лили структуру и содержание работы. Она состоит из введения, четырех глав, заключения; библиографического списка на 102 наименования; 31 рисунка; 32 таблицы. Общий объем текста диссертации 160 стр. Каждая глава сопровождается выводами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, излагаются научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проводится анализ функционирования современных систем реагирования при возникновении ДТП и ЧС на автомобильных дорогах на автомобильных дорогах. На основе исследования отечественного и зарубежного опыта установлено, что развитие российской системы реагирования при возникновении ДТП и ЧС на автомобильных дорогах не может ограничиваться исключительно поиском новых технических решений. Эффективные регламенты передачи, обработки и получения информации о ДТП и ЧС, алгоритмы и реализующее их программное обеспечение, составляющие основу организационно-методического направления, имеют сопоставимое значение для функционирования всей системы с качеством инструментального обеспечения ИТС.

Необходимость снижения тяжести ДТП и ЧС на дорогах Российской Федерации требует реализации целого комплекса мер, включая использование современных информационных, коммуникационных и телематических технологий. Их применение в едином комплексе предоставляет возможность создать интеллектуальную транспортную систему, которая включает в себя: системы бортовой навигации и датчики, отслеживающие состояние транспортного средства; системы инфраструктурной телематики дорога и системы связи между автомобилем, дорогой и специальными службами, обеспечивающими реагирование на чрезвычайные ситуации.

Внедрение ИТС в крупных городах и регионах с наиболее интенсивными транспортными потоками обеспечивает решение множества задач по обеспечению безопасности и организации дорожным движением и, в том числе, развитие эффективных систем реагирования при возникновении ДТП (ЧС). В структуре ИТС выделяются два основных взаимосвязанных направления: инженерно-технологическое и организационно-методическое., В рамках развития этих

направлении определен ряд задач, которые схематично представлены на рисунке 1.

В настоящее время инженерно-технологическое направление развития ИТС значительно опережает организационно-методологическое направление по степени изученности стоящих перед ними задач и разработки методов их решения.

Инженерно-технологическое направление развивается в сфере разработки и практического внедрения различных систем датчиков и сетей передачи данных. При этом методические аспекты, связанные с определением алгоритмов управления реагированием на изменения транспортной ситуации, и формулированием требований к типу, форме представления, частоте обновления данных, необходимых для эффективного реагирования, а также критерии такой эффективности, еще не разработаны.

Во второй главе исследуются методические основы построения эффективной системы реагирования при возникновении ДТП и ЧС на автомобильных дорогах.

ИТС

Инженерно-технологическое направление

Разработкасовременных бортовых средств ИТС

Формирование инфраструктуры ИТС

Создание внешних

информационных систем

.....- ■■■■■■.....■■ ■■■■ ' • ■ ■ ■

Организационно-методическое направление

■ етодов сбора данных с датчиков

Разработка алгоритмов управления реагированием

«гая--,».«-.! г \ЩШт -Т1П1М|ММЙЙ1

Рис. 1. Задачи, определенные для инженерно-технологического и организационно-методического направлений развития ИТС

Установлено, что одним из основных инженерно-технологических направлений ИТС в российских условиях должно являться масштабное использование возможностей системы спутникового навигационного позиционирования (ГЛОНАСС), базирующейся на широком внедрении бортового оборудования - штатных и опционных телематических элементов транспортных средств и телематических компонент дорожной инфраструктуры.

Система реагирования на ДТП и ЧС на автомобильных дорогах состоит из двух основных составляющих: 1) получение первичной информации о произошедших ДТП и ЧС: времени, местоположении, составе участников, характере происшествия и степени деформации транспортных средств, тяжести полученных людьми травм (эти данные закладываются в основу выбора стратегии действий оперативных подразделений, занимающихся непосредственно реагированием и оказанием помощи пострадавшим); 2) реагирование по факту ДТП и ЧС, предусматривает в организационной части подбор необходимого оборудования и снаряжения, выезд на место происшествия, оказание помощи пострадавшим, документирование событий, эвакуация.

Существенное влияние на действия оперативных групп оказывают не только сами данные, но и то, по каким каналам они были доставлены и кто является их предоставителем. Информация, поступающая от участников и очевидцев ДТП, часто недостаточно полна и точна для принятия полностью сбалансированных решений. Подключение к каналам передачи данных датчиков и устройств, собирающих и хранящих данные о состоянии систем автомобилей, состоянии здоровья водителей и пассажиров и состоянии дорожно-транспортной инфраструктуры, позволяет не только снизить неопределенности при принятии оперативных решений по реагированию на ДТП, но и существенно ускорить этот процесс.

В настоящее время можно выделить четыре основных уровня организации информирования о ДТП и ЧС на автомобильных дорогах. Они различаются методами передачи данных, степенью автоматизации, а также количеством передаваемой информации. Сравнительная характеристика уровней представлена в таблице 1.

Перечисленные выше уровни организации информирования показывают,

как с позиции экономически-функциональной целесообразности может решаться проблема сбора и доставки информации о ДТП с использованием средств телематики и возможностей системы спутникового позиционирования ГЛОНАСС.

Таблица 1

Сравнительная характеристика уровней организации информирования

Уровень Участие человека Передаваемые даннью. Основной канал связи

С! Необходимо непосредственное участие человека, который собирает и передает всю информацию Данные о местоположении, характере происшествия и пострадавших Сотовые сети

с2 Участие человека сведено к нажатию кнопки экстренного вызова, но может быть расширено Данные о местоположении, зафиксированные спутниковой системой навигации. Также данные о характере изменения скоростного режима. Информация о повреждениях ТС и участников ДТП уточняется по каналам сотовой связи Спутниковая связь

Сз Участие человека возможно, но не обязательно. Интеллектуальные модули подсистем ТС постоянно запрашивают с датчиков данные и автоматически передают их в центр обработки при возникновении нештатных ситуаций Система спутникового позиционирования и комплект специальных датчиков установленных в корпусе ТС собирают информацию о местоположении, скоростном режиме, состоянии подушек безопасности, возможных повреждениях ТС, водителя и пассажиров Спутниковая связь

с4 Участие человека возможно, но не обязательно. Интеллектуальные модули подсистем ТС постоянно запрашивают с датчиков данные и автоматически передают их в центр обработки при возникновении нештатных ситуаций Информация о состоянии ТС, водителя, пассажиров полученная от бортовой телематики дополняется информацией от датчиков дорожной инфраструктуры, находящейся поблизости от места происшествия Спутниковая связь

Разработанные методические основы построения эффективной системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на дорогах, включают в себя следующие положения:

а) безусловный приоритет задачи ликвидации угрозы жизни и здоровью участников ДТП перед решением иных задач, связанных с ликвидацией последствий экстремальных ситуаций;

б) условие о том, что затраты на создание и поддержание общей для служб реагирования подсистемы информационного обеспечения должны быть меньше суммы затрат на создание и поддержание независимых подсистем информационного обеспечения каждой из служб (ГИБДД, МЧС и СМП1) таким образом, что:

2общал подсистема < ^гцБДЦ + ^МЧС + ^СМП (1)>

где: Ъ - затраты на поддержание системы.

в) необходимость соответствия системы реагирования требованию оптимизации комплексного критерия, который включает в себя одновременно оценку качества и полноты функциональной деятельности и оценку уровня финансирования, необходимого и достаточного для осуществления своих функций специализированными службами. Одним из важнейших критериев является полнота и качество осуществления функций, связанных с реагированием на ДТП и ЧС. Данный критерий позволяет оценить деятельность не только каждой отдельной службы, но и совместной деятельности служб, объединенных общей системой принятия решений. Таким образом, этот критерий является функциональным, обозначаемый как Р-критерий.

Другой важной характеристикой, напрямую связанной с Р-критерием, является наличие финансирования деятельности служб и исполнения их функций, а также определение достаточности существующего уровня финансирования. Данное правило определяет экономический критерий или Е-критерий.

Предполагается, что оптимальным правилом является комплексный критерий, который включает в себя одновременно оценку качества и полноты функциональной деятельности и оценку уровня финансирования, необходимого и достаточного для осуществления своих функций службами. Данную характеристику можно принять в качестве целевой функции - комплексного функционально-экономического критерия, или С-критерня (РЕ-критерия), при этом:

С = {Р, Е} (2);

Снижение уровня необходимого финансирования оказывает непосредственное влияние на удовлетворение требований Е-критерия, а комплексное решение части функциональных задач сразу для всех заинтересованных служб по-

1 СМП - скорая медицинская помощь

вышает общее качество работы всех служб, что в конечном итоге оказывает непосредственное влияние на удовлетворение Р-критерию. Таким образом, развитие системы реагирования на основе второго сценария позволит повысить эффективность системы реагирования в соответствии с требованиями комплексного С-критерия. Расчет эффективности основывается на следующих формулах, которые определяют время реакции соответствующих служб1:

Время прибытия служб ГИБДД и подготовительные работы рассчитываются по следующей формуле:

= Н (1 + АтП0ГВД1л) * (^оцепление ^безопасность) (3)

где: ёриБдд - расстояние от места происшествия до ближайшего пункта ГИБДД; клацал - погодные условия на месте ДТП и ЧС; Оцепление - оцепление места происшествия; 16еюпасяость - обеспечение безопасности.

Время прибытия служб скорой медицинской помощи и подготовительные работы рассчитываются по следующей формуле:

^.СМП _ асмп /л-.

2 Уф ^ '

где: ¿смп - расстояние до места происшествия до ближайшего пункта

СМП.

Время прибытия служб МЧС и подготовительные работы рассчитываются по следующей формуле:

= ~~Г ^псгодап) * ('демонтаж ^полчротутпеккв ^безопасность) (5)

где: ¿мчс — расстояние до места происшествия до ближайшего пункта МЧС; демонтаж - демонтаж деформированных ТС; 1пожаро1ушение - пожар на месте происшествия.

Фактическая скорость движения службы помощи определяется следующей формулой:

^ = ^типТС * (1 ~ *даРо») * (1 ~ ¿траффик) * С1 ~ ^псгодад) (6)

где: \т„тс - скорость, в зависимости от типа ТС.

1 Расшифровка переменных приведена ниже в таблице 2.1.2

10

Таким образом, модель второй составляющей реагирования при возникновении ДТП и ЧС может быть представлена в виде набора формул (3) - (6).

г) представление обобщенной классификации ДТП и ЧС в терминах теории множеств для последующего моделирования. Для разработки метода построения эффективной системы реагирования необходимо установить типы взаимосвязей между элементами информационной системы, определяющими характер ДТП и ЧС. Кроме того, необходимо выявить возможности представления информации об этих элементах и ограничения передачи информации о ДТП (ЧС) по каналам коммуникаций. Отдельные элементы, входящие в систему реагирования, образуют множество элементов, которые описывают весь транспортный процесс. Поэтому построение эффективной системы реагирования на ДТП и ЧС на основе теории множеств оправдано, так как множество возможных экстремальных ситуаций, возникающих на автодорогах, по своему описанию соответствуют процессам с множественными элементами, которые описывают множество событий (состояний).

Описания экстремальных ситуаций, возникающих на автодорогах, соответствуют описаниям различных элементов множеств, определяемых некоторыми теоретико-множественными операциями:

- включение (с), определяет принадлежность элементов одного множества, элементам другого (более полного) множества;

- объединение (п), определяет принадлежность элементов двух (или многих) разных множеств, элементам другого множества.

Для построения модели эффективной системы реагирования в рамках теоретико-множественных представлений, включающих дефиниции множеств и применение операций над множествами, можно описать транспортную систему и ее отдельные составляющие следующим образом:

- множество Б включает в себя все возможные состояния транспортной системы;

- множество Т с Б, включает в себя все возможные состояния транспортного средства;

- множество Р с Б, включает в себя все возможные состояния участников дорожного движения;

- множество I е Б, включает в себя все возможные состояния участников системы реагирования на ДТП.

В этом случае обобщенную характеристику ДТП (ЧС) с позиции различных служб, участвующих в реагировании, можно представить так, как это приведено в таблице 2.

Таблица 2

Обобщенная классификация ДТП

ГИБДД МЧС смп

Пункты классификации • Столкновение (ТпР) • Опрокидывание (ТпР) • Наезд на стоящее транспортное средство (ТпР) • Наезд на препятствие (ТпР) • Наезд на пешехода (ТпР) • Наезд на велосипедиста (ТпР) • Наезд на гужевой транспорт (ТпР) • Падение пассажира (ТпР) . Иной вид ДТП (ТпР) • Опрокидывание автомобилей и наезды (ТпР) • ДТП на железнодорожных переездах (ТпР) • ДТП в ходе перевозки опасных грузов (ТпРп1) • Падение автомобилей с крутых склонов (ТпР) • Попадание автомобилей под лавины и сели (ТпР) • Падение автомобилей в водоемы (ТпР) • Тяжкий вред (ТпРп1) • Средней тяжести вред (ТпРп1) • Легкий вред (ТпР)

Основные параметры • Состав участников ДТП Характер взаимодействия участников ДТП • Состав участников ДТП • Характер взаимодействия участников ДТП • Характер аварийно-спасательных работ • Состав команды спасателей Необходимое оборудование • Характер аварийно-спасательных работ • Состав команды спасателей • Необходимое оборудование • Опасность для жизни пострадавших Необходимость госпитализации • Опасность для жизни пострадавших • Необходимость госпитализации

В третьей главе представлены результаты разработки модели, алгоритма

и про!-раммного обеспечения системы реагирования на ДТП и ЧС.

Предлагаемая модель системы реагирования основана на описании физических процессов работы системы. Получив задание, каждая из служб по мере своей готовности выезжает на место происшествия. Время в пути зависит от многих факторов, однако основными являются два: расстояние, которое необходимо преодолеть, и загруженность транспортной сети. Службы, направленные к

месту ДТП и ЧС, движутся к нему из различных точек и с различной средней скоростью. Вследствие этого, одновременное прибытие всех вызванных служб на место происшествия маловероятно. Между тем, какая бы из вызванных на место происшествия служб не прибыла первой, ее специалистам будет необходимо проанализировать достаточность собственных сил и средств для оказания помощи. Кроме того, нужно определить какое допустимое время необходимо для ожидания прочих служб, которые требуются на месте происшествия. Алгоритм принятия решений на месте происшествия представлен на рисунке 2. Общий алгоритм работы модели, имитирующей работу системы реагирования при возникновении ДТП (ЧС), который не только позволяет достаточно полно описать логику работы системы реагирования при различных уровнях первичной информационной наполненности, но также проводить корректировку нагрузки на ресурсы системы реагирования, приведен на рисунке 3.

Рис. 2. Схема дерева (алгоритм) принятия решений на месте происшествия

13

Программное обеспечение алгоритма основано на функциях, реализующих три основные группы операций: инициализация новых объектов в модели, вычисление длительности необходимых операций реагирования и управление сложной логикой взаимодействия и координации служб. Функции, реализованные в модели, разделены на три группы согласно области их использования.

Первая группа - функции, необходимые для инициации объекта, - используются для перевода значений параметров объектов, заданных экспериментатором через интерфейс модели, непосредственно в соответственные поля каждого вновь сгенерированного варианта модели. Функциональность, предполагающая стохастический характер значений параметров, также реализована в каждом программном модуле.

Вторая группа - функции, необходимые для расчета времени работы служб реагирования, - используются для расчета временных интервалов, в которые каждая из служб будет занята решением той или иной задачи реагирования. Для вычисления возвращаемых значений, используются данные, закладываемые экспериментатором в модель посредством интерфейса, а также данные, извлекаемые из полей текущего объекта модели (е СагСгазЬ_епПЧу). Программный код данных функций также включает в себя элементы, обеспечивающие стохастический характер возвращаемого значения.

Третья группа - функции, необходимые для координации действий служб, - являются инструментами логического выбора одного из возможных сценариев координации действий различных служб, в зависимости от значений полей объекта, полученных им в момент инициации.

Для произведения логических и прочих операций, используются данные, извлекаемые из полей текущего объекта модели (е СагСгазЬ_епШу).

Объект модели - заявка на реагирование в связи с возникновением ДТП и ЧС, программно реализована как независимый класс СагСгазЬ_епШу. Экземпляры данного класса - это объекты модели, в терминах настоящей среды моделирования, называемые заявками, являются по своей сути коллекцией переменных различного типа. В этих переменных хранятся все значимые параметры каждого объекта. Все объекты модели являются уникальными. Состав полей (переменных) объекта определен описанием объекта модели (таблица 3).

Таблица 3

Характеристики объекта модели системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций

Характеристика Формульное обозначение . Диапазон значений Генерация значения

Наличие кнопки экстренного вызова еСа11 PeCall {true, false} Да

Наличие бортовой телематики Ptelematics (true, false} Да

Характер происшествия (требуемые службы) PhelpMode {ALL, GIBDD SMP, GIBDD} Да

Расстояние от места происшествия до пункта базирования (ближайшего) дежурного экипажа ГИБДД ¿ГИБДД N £ [0, со) Да

Расстояние от места происшествия до пункта базирования (ближайшего) дежурного экипажа СМП ¿СМП N£[ 0,co) Да

Расстояние от места происшествия до пункта базирования (ближайшего) дежурного экипажа МЧС ¿МЧС N e [0,oo) Да

Количество пострадавших n N e [0,oo) Да

Коэффициент сложности происшествия ^сложность R G [0,1] Да

Время задержки между фактом ДТП и сообщением о нем в центр реагирования tdeiay N £ [0,oo) Нет

Четвертая глава содержит экспериментальную часть и посвящена разработке инструментов эффективного ситуационного управления на основе программного обеспечения системы реагирования при возникновении ДТП и ЧС.

Проведенный анализ показал, что в зависимости от степени технической оснащенности ТС, попавшего в ДТП (ЧС), средствами телемеханики изменяются такие существенные параметры реагирования, как: время полного реагирования на происшествие, количество возвратов на маршруте, структура и количество служб, участвующих в реагировании.

Первый из экспериментов предполагал, что система сбора первоначальной информации о возникающих ДТП (ЧС) - пассивная. Информация поступает от участников и свидетелей происшествия или его последствий. Второй - имитировал работу служб реагирования в условиях, оснащения транспортных средств комплексами оборудования класса е-СаН. Третий эксперимент имитировал работу служб реагирования в условиях максимально полного информационного обеспечения.

В таблице 4 приведены результаты сравнения показателей трех экспериментов.

Таблица 4

Сравнение показателей трех экспериментов с системой реагирования при возникновении ДТП

Показатель Значение в эксперименте

1 2 3

Количество ДТП, требующих участия только ГИБДД 434 443 452

Количество ДТП, требующих участия только ГИБДД и СМП 0 0 1129

Количество ДТП, требующих участия всех служб 1557 1548 411

Среднее время полного реагирования, мин. 95,73 85,06 82,04

Количество возвратов на маршруте, СМП 1267 1328 0

Количество возвратов на маршруте, МЧС 164 122 0

Результаты оптимизационного эксперимента, проведенного для службы ГИБДД, представлены на рисунке 4.

Среднее время прибытия из место ДТП

•

■

• •

• <

• , ;

, ■ 1

! * , ! ! ! ! !

1 . Г .■■■'.■-■: 1 . 9' .. > в У;-". ■¿.Л* 1

. _ --------р.,- . , - ш ! 1 кл!

• ! ■ ...........1...........,1............

- -1- -1-1-

О 5 10 15 20 25 30 35 Ю 15 50

{Ърядковьи но«« испытатя ■ > Результат испытажя

Рис. 4. Результаты оптимизационного эксперимента По оси ординат измеряется время прибытия расчета ГИБДД на место происшествия. По оси абсцисс отмечаются порядковые номера испытаний модели.

Всего было проведено 46 испытаний по количеству перебираемых значений параметра «среднее расстояние до места ДТП». Номер испытания не совпадает со значением параметра. Зеленая полоса указывает на допустимый диапазон времени. Результаты испытаний отмечены точками. Результаты испытаний, удовлетворяющие условиям допустимого диапазона времени прибытия на место ДТП или ЧС, располагаются на поле, отмеченным серым цветом. Полученные в результате испытаний значения времени округляются до целых в соответствии с математическими правилами. По результатам оптимизационного эксперимента 9 из 46 испытаний дали удовлетворительные результаты. Параметр «среднее расстояние до места ДТП (ЧС)» принимает значения в диапазоне [12,20]. Таким образом, среднее из оптимальных значение расстояния до места возникновения ДТП (ЧС) составляет 16 км. Следовательно, средне-оптимальная плотность размещения постов ГИБДД составляет 1 / 16 = 0,0625 постов на километр.

На основе данных, полученных в ходе оптимизационного эксперимента, построен график зависимости времени прибытия расчетов ГИБДД на место происшествия, от плотности размещения постов ГИБДД. Данный график представлен на рисунке 5.

Серая полоса на графике указывает на допустимый диапазон времени прибытия расчетов ГИБДД на место возникновения ДТП (ЧС). Диапазон значений плотности размещения постов ГИБДД, соответствующий допустимому значению времени прибытия на место ДТП (ЧС), обозначен дополнительными пунктирными линиями.

Анализ данного графика показывает, что диапазон плотности размещения постов ГИБДД составляет от 0,05 до 0,0833 пост./км. Таким образом, оптимальное расстояние между постами ГИБДД составляет 24-40 км. Средние значения оптимальной плотности размещения постов различных служб в трех различных режимах, представлены в сводной таблице 5.

Из данных, представленных в таблице, видно, что скачкообразное (порядка 40-50%) уменьшение необходимой плотности размещения постов служб реагирования, происходит за счет оснащения транспортных средств комплексом оборудования класса е-Са11 с поддержкой спутникового позиционирования ГЛОНАСС для 100% покрытия территорий (режим 2).

70 65 ц 60 ё 55 0 | 50 2. 45 е В 40 V * 35 (О X * 30 г 3 25 |го 1 15 V О. ш 10 5

-----

\

\

■ ■ ..........

... .. И

1

0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 Плотность размещения постов ГИБДД Среднее время прибытия на место ДТП

Рис. 5. График зависимости времени прибытия на место ДТП от плотности размещения постов ГИБДД

Таблица 5

Сводная таблица показателей плотности размещения постов служб, полученных в ходе оптимизационных экспериментов

Службы Режимы (степень развития информационного обеспечения)

лшщщ . 2 : ' 3 - ;

ГИБДД 0,1379 0,0625 0,0625

смп 0,0952 0,0555 0,0488

МЧС 0,0952 0,0488 0,0500

Дальнейшее усложнение системы реагирования не оказывает существенного влияния на исследуемый этап реагирования - выезд и прибытие на место происшествия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

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

1. Обосновано, что развитие российской системы реагирования при возникновении ДТП и ЧС на дорогах не может ограничиваться исключительно поиском новых технических решений, в том числе и в такой области, как телематические технологии. Построенные на эффективных регламентах, определяющих механизмы получения и управления информацией о ДТП и ЧС, алгоритмы и реализующее их программное обеспечение, составляющие основу организационно-методического направления, имеют сопоставимое значение для функционирования всей системы с качеством инструментального обеспечения ИТС.

2. Показано, что основой инженерно-технологического направления ИТС в современных условиях должно являться массированное использование возможностей системы спутникового навигационного позиционирования (ГЛО-НАСС), базирующееся на широком внедрении бортового оборудования - штатных и опционных телематических элементов транспортных средств и телематических компонент дорожной инфраструктуры. При этом существует широкий спектр европейских программ в сфере ИТС, использование результатов реализации которых целесообразно в отечественных условиях.

3. Разработаны методические основы построения эффективной системы реагирования при возникновении экстремальных ситуаций на дорогах, включающие в себя:

- безусловный приоритет задачи ликвидации угрозы жизни и здоровью участников ДТП (ЧС);

- условие о том, что затраты на создание и поддержание общей для служб реагирования подсистемы информационного обеспечения должны быть меньше суммы затрат на создание и поддержание независимых подсистем информационного обеспечения каждой из служб;

- необходимость соответствия системы реагирования требованию оптимизации комплексного критерия, который включает в себя одновременно оценку качества и полноты функциональной деятельности и оценку уровня финансирования, необходимого и достаточного для осуществления своих функций специализированными службами;

- представление обобщенной классификации ДТП и ЧС в терминах теории множеств для последующего моделирования.

4. Разработана модель системы реагирования при возникновении чрезвычайных ситуаций. В ходе ее разработки использован дискретно-событийный (процессно-ориентированный) подход, который позволил разделить модель на несколько основных составляющих частей и реализовать логическую схему принятия решений по управлению реагированием. Разработанная модель учитывает более 30 параметров, оказывающих влияние на ход выполнения экспериментов. Значения этих параметров возможно корректировать в режиме выполнения модельных экспериментов в программном и в ручном режимах.

5. Предложен общий алгоритм работы модели, имитирующей работу системы реагирования при возникновении ДТП (ЧС). Предложенный алгоритм и набор параметров не только позволяет достаточно полно описать логику работы системы реагирования при различных уровнях первичной информационной наполненности, но также проводить корректировку нагрузки на ресурсы системы реагирования в зависимости от полученной информации в ходе анализа ситуации на месте происшествия специалистами службы, раньше других прибывших на место ДТП (ЧС).

6. Разработано программное обеспечение алгоритма, описывающего модель, которая имитирует работу системы реагирования при возникновении ДТП и (ЧС). Оно основано на программных функциях, реализующих три основные группы операций: инициализация новых объектов в модели, вычисление длительности необходимых операций реагирования и управление сложной логикой взаимодействия и координации служб. С помощью разработанного интерфейса программного обеспечения возможно управлять ходом выполнения модельного эксперимента и получать информацию о его результатах. Верификация функционирования модели на основе контрольного примера показала совпадение результатов ручного и модельного расчета;

7. Проведен с использованием разработанной модели анализ затрат времени и ресурсов на реагирование при возникновении ДТП и ЧС. Его итоги показали, что на результирующие показатели работы системы реагирования определяющее влияние оказывали именно факторы информационной обеспеченности служб реагирования на ранних этапах, которые изменялись от эксперимента к эксперименту. В зависимости от степени технической оснащенности

ТС, попавшего в ДТП (ЧС), средствами телемеханики изменяются такие существенные параметры реагирования, как: время полного реагирования на происшествие, количество возвратов на маршруте, структура и количество служб, участвующих в реагировании;

8. Получены результаты проведения имитационных экспериментов с использованием разработанной модели, которые позволили продемонстрировать ее возможности для того, чтобы при проектировании новых систем реагирования или модернизации существующих, выбирать места расположения постов базирования служб реагирования таким образом, чтобы время их прибытия к месту реагирования было оптимальным.

Успешная апробация разработанной модели дает основание сделать вывод о целесообразности ее использования в качестве инструмента при создании современной системы реагирования на экстремальные ситуации на дорогах.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Публикации в журналах из перечня рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Сенин С.А. "Методы построения системы реагирования на дорожно-транспортные происшествия на основе теоретико-множественных представлений" // Перспективы науки - №2 20!4г - С. 128-132.

2. Сенин С.А. "Анализ направлений исследований в области развития систем реагирования при возникновении дорожно-транспортных происшествий" // В мире научных открытий -№ 2 2014 -С. 775-785.

3. Сенин С.А., Непоклонов В.Б. "Об использовании зарубежного опыта создания интеллектуальных транспортных систем и их геоинформационного обеспечения" // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, 2013,№6-С. 91-97.

Статьи в прочих изданиях:

3. Сенин С.А. Интеллектуальные решения предотвращения ДТП// Вестник ГЛОНАСС. - 2012. - № 4 - С. 52-54.

Подписано в печать 29 апреля 2015 г. Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 6

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