автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Разработка моделей и методов современной системы управления дорожным движением

I На правах рукописи

Мовчан Владимир Петрович

УДК 656.13

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах 05.13.14 - Системы обработки информации и управления

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ЭКОНОМИЧЕСКИХ НАУК

Пермь 1999

Работа выполнена в УГИБДД Пермской области

Научный руководитель: д-р. экон. наук, профессор,

заслуж. деят. науки РФ Артемов Н.И.

Официальные оппоненты: д-р экон. наук, профессор Пыткин А.Н.

к.т.н., доцент Петухов М.Ю.

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр ГИБДД МВД России г. Москва

дании диссертационного совета Д 098.01 НИИУМС 057 в Научно-исследовательском институте управляющих машин и систем по адресу: 614600, г. Пермь, ул. Ленина, 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИУМС.

ИХ?

Защита состоится 1999 года в_

в

, на засе-

Автореферат разослан "23" ноября 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного сое

к.т.н.

[раснобаев В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Дорожное движение (ДД), как процесс является одним из основных факторов развития экономики, эффективность которого определяется соответствующей инфраструктурой управления, принимаемыми ею решениями и уровнем организации. Дорожное движение представляет собой социальную систему, включающую огромные массы людей, колоссальное количество транспортных средств и множество организаций, взаимодействующих между собой в связи с организацией и обеспечением ДД. Целью функционирования этой системы является обеспечение социально-экономической эффективности транспортных процессов, оказывающей непосредственное влияние на макроэкономические показатели национальной экономики через бюджетно-фискальные механизмы в государстве.

Современная ситуация в экономике характеризуется слабостью научно-обоснованной государственной политики субъектов хозяйствования, связанных с обеспечением ДД, неоправданным отставанием в разработке эффективного хозяйственного законодательства и социально-правовых норм. Кроме того, экономические и политико-правовые решения федеральных органов власти, не имея системного характера, способствуют дезинтеграционным процессам, что может привести к разрушению существующей системы управления дорожного движения. Основанием для возникновения процессов, уменьшающих степень управляемости ДД, является отраслевая разрозненность обеспечивающих структур, отсутствие единой экономической политики в области управления дорожным движением.

Показательна динамика изменения парка легковых автомобилей за период 1993 - 1997 гг. количество их растет в среднем более, чем на 10 % в год. На фоне наблюдающейся тенденции роста числа автомобилей ситуация в ДД остается кризисной и продолжает ухудшаться.

Минимальный размер упущенной выгоды от неудовлетворительного состояния дорог, по данным на 1997 г. составил более 60 млрд руб. в год. Эта величина возрастает пропорционально темпу роста автопарков.

Кризисная ситуация в ДД сопровождается относительно высоким уровнем аварийности на дорогах, криминогенной обстановкой, связанной с нарушением имущественных прав участников ДД и т. д. Во многом это объясняется неправильной инвестиционной политикой государственных органов, недооценкой места и роли ДД в национальной экономике.

При оценке эффективности ДД необходимо учитывать как экономический, так и социально-технологический и морально-правовые аспекты. Это объясняется тем, что дорожное движение по сравнению, например, с производственной системой в меньшей степени зависит от регулирующих механизмов рыночной системы. Результат функционирования ДД формируется не только в процессе взаимодействия показателей макроэкономической среды и микроэкономических условий, но и под влиянием социально-правовых и иных факторов.

В настоящее время отсутствуют разработки по анализу и разрешению указанных проблем. Более того, превалирует технический подход при рассмотрении вопросов, связанных с ДД, и недостаточно отражаются социально-экономические аспекты этих проблем, так как технические аспекты легче поддаются формализации, удается сформулировать те или иные задачи частного характера. ДД как социально-

экономическая система, по терминологии теории систем, относится к большим слабо структурированным системам, что затрудняет постановку и решение задачи анализа системы в целом, оценки ее эффективности, научного обоснования мер по повышению уровня результата.

Большой вклад в разработку тех или иных аспектов управления дорожным движением на основе математического моделирования внесли российские и советские ученые В.Ф. Бабков, А.П. Шевяков, Е.М. Лобанов, А.П. Васильев и др. Из зарубежных авторов следует отметить труды Д. Дрю, X. Иносе, Т. Хамада и др.

С учетом сформулированных проблем в условиях высоких темпов автомобилизации проблема обеспечения безопасности дорожного движения становится в ближайшие 5-15 лет актуальной, и ее решение требует осмысления и использования опыта стран, добившихся успехов в этой области.

Цель диссертационной работы - исследование дорожного движения и разработка моделей и методов современной системы управления дорожным движением.

Для достижения данной цели определены задачи исследования.

1. Исследование роли ДД в социально-экономическом развитии общества.

2. Разработка общей концептуальной модели системы организации ДД, как составной части народно-хозяйственного комплекса, в соответствии с требованиями системного подхода, теории организации и принципов экономической кибернетики.

3. Разработка общей модели системы мониторинга ДД как составной части процесса контроля и управления ДД.

4. Описание показателей социально-экономической эффективности организации ДД.

5. Разработка методологии создания системы контроля ДД с учетом условий ограниченных инвестиций.

6. Разработка системы оценки уровня социально-экономической эффективности функционирования ДД и уровня факторных признаков на основе модели знаний.

Объект исследования - является система управления дорожным движением как социально-экономическая система.

Предмет исследования - отношения между факторами системы управления дорожным движением, нацеленные на разработку методов повышения эффективности дорожного движения.

Научная новизна, являющаяся предметом защиты состоит в исследовании и анализе дорожного движения и разработке моделей и методов современной системы управления дорожным движением. В работе предложены новые подходы к исследованию функционирования ДЦ.

1. Дано целостное толкование природы внешней среды системы организации дорожного движения и внутренних условий, определяющих уровень эффективности функционирования ДД как социально-экономической системы.

2. Разработана модель обобщенного экономического эффекта от функционирования ДД в зависимости от уровня инвестиций, обеспечивающих заданный усредненный скоростной режим.

3. Выдвигается концепция функционирования системы организации ДД как составной части народно-хозяйственного комплекса, предусматривающая определение влияния изменений макроэкономических и социально-правовых характеристик внешней среды.

4. Сформулирована концепция организации контроля и управления ДД на основе создания мониторинга ДД.

5. Предложена методика создания системы контроля за ДД в условиях ограниченных инвестиций.

6. Разработана система оценки уровня результативных и факторных признаков на основе модели знаний.

7. Разработана структура организации стационарных и передвижных постов как типовых точек системы мониторинга ДД.

Практическая значимость работы - возможность ее применения для оценки состояния ДД и определении "узких мест" для направления инвестиций и разработки необходимых нормативных актов.

Предложенное концептуальное описание системы организации ДД позволяет с системных позиций оценить степень управляемости ДД и роль факторов в наличии "узких мест".

Разработанная интеллектуальная система позволяет на основе модели знаний выполнить анализ социально-экономической эффективности ДД и получить объяснение причин несоответствия факторов желаемым уровням. Это становится особенно актуальным в условиях усиления роли функции контроля при управлении ДД в связи с усилением его роли в экономическом развитии национального хозяйства.

Предложенная методика принятия решений в условиях плохо структурированной задачи использована для упорядочения объектов возможного инвестирования на основе метода расстановки приоритетов, допускающего нетранзитивность экспертных оценок, что упрощает организацию опроса специалистов.

Разработан типовой пост ГИБДД (на примере поста с. Лобаново Пермского района), обеспечивающий возможность ускорения освоения функций по его обслуживанию и уменьшения суммарных издержек за

счет тиражирования программного обеспечения и оптовых закупок оборудования.

Выводы, полученные в работе, являются важными для управления ДД как в региональном, так и национальном масштабе.

Реализация результатов диссертации. Результаты проведенных теоретических исследований применяется в процессе организации и управлении дорожным движением ГИБДД Пермской области. Разработанный типовой пост ГИБДД как пункт организации мониторинга транспортных средств и транспортных потоков внедрен в опытную эксплуатацию в стационарном посту с. Лобаново, что показало большую экономическую и социальную эффективность для региона и в масштабе страны. Предложенный на основе расстановки приоритетов метод использован для разработки плана внедрения типовых постов в виде передвижных и стационарных пунктов в г. Перми и Пермской области. Разработанная модель функционирования системы организации дорожного движения на основе нечетких данных и нечетких отношений используется для разработки социально-экономических мер по улучшению организации дорожного движения.

Апробация полученных результатов.

Основные положения и результаты работы были представлены в виде доклада на международной научно-практической конференции "Стратегия развития регионов: теория и практика" - Пермь, 1998.

Сообщения по материалам исследования докладывались на научно-практической конференции НИЦ БДД МВД России г. Москва и технических совещаниях в УГИ БДД Пермской области.

Публикации. Результаты диссертационных исследований нашли отражение в семи научных публикациях автора, включая три патента на изобретение.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений, содержит_страниц основного текста.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи научного исследования.

В первой главе рассмотрен анализ современного состояния организации дорожного движения, дан обзор существующих подходов к управлению дорожным движением как сложной социально-экономической системой.

Все, что касается дорог, автомобилей, вообще местного транспорта, органической связи его с социальными процессами, является в значительной мере белым пятном в науке, особенно отечественной. По уровню развития автомобильных дорог Россия отстает от развитых стран на 40-50 лет, крайне низким остается их техническое состояние.

Средняя скорость движения по автомобильным дорогам, равная 40 км/ч, вдвое ниже, чем в европейских странах, что увеличивает стоимости перевозок на 30-50 %. Удельный вес транспортных затрат в себестоимости продукции достигает 50 % и делает ее неконкурентоспособной на мировом и российском рынках. Статистика дорожно-транспортных происшествий (ДТП) показывает, что проблема обеспечения безопасности дорожного движения (ДД) является одной из острейших социально-экономических проблем. Общие цифры, характеризующие уровень ДТП в России, остаются весьма высокими, что наносит огромный ущерб социально-экономической жизни нашей страны.

В условиях высоких темпов автомобилизации проблема обеспечения безопасности дорожного движения становится в ближайшие 5-15

лет чрезвычайно актуальной, и ее решение требует осмысления и использования опыта стран, добившихся успехов в этой области.

Чтобы обеспечить эффективность дорожного движения, необходима совместная деятельность многих организаций различного профиля. По сложившейся терминологии под организацией дорожного движения понимают весь комплекс деятельности, направленной на обеспечение оптимальной скорости и безопасности дорожного движения. Каждая организация, участвующая в решении данной проблемы, вносит определенный вклад в достижение эффективности ДД, которая сводится к обеспечению экономичной скорости и безопасности. А между тем структура управления эффективностью ДД в стране и в регионах представляется размытой, не имеющей четких контуров и границ, когда каждый орган решает свои локальные, "ведомственные", задачи, но при этом никто практически не отвечает за положение с аварийностью на автомобильном транспорте. "В самом деле, если в нашей стране погибает примерно 30000 человек, и все понимают, что это неоправданно много, то кто же несет ответственность перед обществом за такое положение вещей?" - сказал первый заместитель Министра транспорта России А.П. Насонов в своем докладе на практической конференции по безопасности дорожного движения.

Сегодняшнее состояние системы управления эффективностью ДД без преувеличения можно назвать кризисным. Одной из основных причин кризиса в системе управления ДД является существующий кризис в экономике и в обществе, в связи с которым каждая отдельная оргструктура, борясь за собственное выживание, совершает действия, способствующие дизъюнктивным, разрушительным процессам. С другой стороны, современная наука об организации ДД не может предложить пути выхода из создавшейся ситуации, которую, мягко говоря,

можно назвать слабоуправляемой. В результате мы имеем такие показатели по ДД, такие тенденции, которые не могут удовлетворить общество и экономику страны в целом.

Особенность большей части исследований по управлению дорожным движением в том, что последнее рассматривается, как проблема техническая, а вопросы социально-экономического порядка, хотя и признаются важными, рассматриваются обособленно, как область исследования гуманитарных наук.

Анализ показывает, что разработка моделей, использование электронно-вычислительной техники в области управления дорожным движением, производятся при решении таких задач, которые относятся к структурированным, формализуемым. Как правило, это задачи технического характера. Вместе с тем в процессе принятия решений в рассматриваемой области часто встречаются слабоструктурированные задачи, для разрешения которых могут быть использованы возможности таких новых научных направлений, как методы экспертных оценок, разработка интеллектуальных моделей систем и т.д., которые позволяют повысить эффективность процессов управления.

Кроме того, при сложном характере системы управления обеспечением эффективности дорожного движения недостаточно исследований в этой области на основе моделирования. В последние годы на различных уровнях принято множество документов по улучшению управляемости дорожного движения. Однако эти документы оставляют множество неразрешенных вопросов, которые не обеспечивают управляемость эффективностью дорожного движения в полной мере.

Таким образом, существует необходимость в исследовании роли ДД в народно-хозяйственном комплексе страны с точки зрения обеспечения социально-экономической эффективности его функционирова-

ния, анализа состояния ДД в условиях ограниченных возможностей. Для разрешения данной проблемы автором предложено концептуальное описание ДЦ на основе системного подхода, теории организации и принципов экономической кибернетики.

Во второй главе приводится описание концептуальной модели организации дорожного движения. Разработка концептуальной модели предполагает определение критериев оценки системы организации дорожного движения в регионе или в стране, факторов, от которых зависит качество управления ДД, а также средств. Целью разработки модели является создание условий для выявления факторов и устранения причин кризисной ситуации.

Дорожное движение представляет собой процесс движения транспортных средств по дорогам, в которых действия его участников -водителей, пешеходов и пассажиров определяются специальными правилами. Рассматривая ДД в качестве объекта воздействия следует иметь ввиду, что этот процесс представляет собой определенную социальную систему.

ДД является самоорганизующейся системой, на характеристики которой влияют дорожные условия с их оборудованием и средствами управления, метеорологические условия, транспортный поток как главные источники информации, определяющие действия и режимы движения транспортных потоков. ДД можно рассматривать и как процесс исполнения (объект управления), и как процесс управления (управляющая система), следовательно ДД представляет собой самоуправляемую систему. Однако в масштабах народного хозяйства или региона на ДД, как объект управления, воздействует соответствующая организационная структура (ГИБДД).

Управляющая система и объект управления могут иметь свои цели функционирования. Цель объекта управления - обеспечение быстрого и безопасного движения всем его участникам (автомобилям, пешеходам). Цель управляющей системы - обеспечение эффективного использования выделяемых ресурсов для функционирования ДД, что можно трактовать как условие эффективного функционирования дорожного движения.

Деятельность сложных систем не может быть оценена каким-либо одним критерием, поэтому автор использует систему критериев эффективности.

Рассмотрены показатели, характеризующие качество управления ДЦ. Они объединены в три группы:

1) показатели, характеризующие экономическую эффективность

ДЦ;

2) показатели, характеризующие социально-психологическую эффективность организации ДД;

3) показатели, характеризующие уровень "защищенности" (безопасности) участников ДД.

Прямая оценка экономической эффективности ДД в масштабах народного хозяйства страны в целом или региона, в частности, предполагает возможность соизмерения результатов и затрат на их достижение. Однако как результаты, так и затраты весьма различны по своему составу и характеру. В связи с этим можно говорить лишь о косвенном показателе ДЦ, который может служить некоторой мерой, способствующей экономической эффективности народного хозяйства.

В основе многих экономических процессов лежат физические процессы. Поэтому существуют подходы к объяснению экономических процессов на основе физических аналогий с использованием физиче-

ских мер эффективности. В этом плане наибольшее удобство дает представление физических величин в системе Бартини - Кузнецова. Скорость является важнейшим качеством ДД, характеризующим его эффективность. Автором предложена математическая модель обобщенного экономического эффекта от функционирования ДД в зависимости от уровня инвестиций, обеспечивающих заданный скоростной режим. Показано, что при этом существует допустимая верхняя граница для скорости, превышение которой с целью обеспечения этого уровня инженерно-техническими, информационными и другими ресурсами экономически становится невыгодным.

Под социально-психологической эффективностью ДД понимается степень удовлетворенности участников процессом дорожного движения. Непосредственное определение значения данного критерия возможно путем проведения социологического опроса участников ДД, его будем называть уровнем обслуживания. В американских источниках описаны шесть уровней обслуживания, которым в порядке убывания от лучшего к худшему присвоены обозначения А, В, С, О, Е, Я.

Водитель автомобиля субъективно оценивает уровень обслуживания возможностью выбора траектории и скорости движения, простотой или сложностью маневрирования, чувством опасности движения (как правило, неосознанным), комфортом и другими характеристиками. Некоторые из них (например, комфорт водителя) не измеряют, а некоторые вообще не поддаются измерению.

Как считают российские исследователи, для наших условий целесообразно выделить пять уровней обслуживания: А, Б, В, Г, Д. Имеется возможность количественной оценки данного показателя на основе характеристик транспортного потока.

Под уровнем защищенности участников дорожного движения понимается их способность выполнения своих функций в качестве основной компоненты ДД, а также восстановления, в случае возникновения ситуаций, лишивших возможности быть участниками ДД. Данный критерий является многоаспектным, включающим следующие основные направления (критерии): безопасность транспортного средства; безопасность дорожных условий; послеаварийная помощь; социально -правовая защищенность участников ДД; экономическая защищенности участников ДД от ущемления их интересов.

Одним из наиболее актуальных направлений в работе с участниками движения является повышение "надежности" водителей автотранспортных средств. Основными факторами, оказывающими влияние на данный критерий, являются опыт, мастерство и знания водителя, физические и психофизиологические характеристики, предварительная информация и социально-личностные характеристики. Предполагается, что все факторы могут быть определены четкими либо нечеткими категориями. Степень сложности ДД зачастую обгоняет рост мастерства, поэтому абсолютное число ДТП на автомобильных дорогах растет, и если раньше различные виды ДТП вызывались профессиональным неумением водителей, то сейчас они часто происходят из-за недисциплинированности и зависят от "транспортной" культуры, как водителя, так и общества в целом.

Большую роль в решении проблемы обеспечения безопасности ДД играет снижение тяжести последствий ДТП. Разрешение данного вопроса требует создания системы обнаружения ДТП.

Под социально-правовой защищенностью участников ДД понимается вероятность того, что права участников дорожного движения не будут нарушены в связи с ДТП. Рассмотрены два основных аспекта

этой проблемы: превышение работниками ГИБДД своих полномочий и нарушение имущественных прав водителей, включая угоны и кражи автомобилей, в результате которых владелец перестает быть участником

ДД.

Раскрытие уже совершенных преступлений требует создания единой общегосударственной базы данных и системы наблюдения за транспортными средствами с целью выявления разыскиваемых транспортных средств. Автор предлагает решить эту проблему путем создания системы мониторинга на основе современных информационных технологий.

Экономическая защищенность участников ДД предполагает наличие источников, компенсирующих ущерб, нанесенный либо здоровью, либо транспортным средствам участников дорожного движения.

В условиях рыночной экономики наиболее значимым инструментом формирования системы социальной защиты и имущественных интересов участников ДД становится страхование.

Для повышения уровня экономической защищенности участников ДД автор рекомендует следующие виды страхования: медицинское страхование водителей от несчастного случая; страхование водителей от возможного ущерба в результате аварий, угонов, краж; страхование водителей от гражданской ответственности, которое должно обеспечить надежную и полноценную экономическую и моральную защиту как водителей, так и пострадавших в результате ДТП. Необходимо ввести указанные виды обязательного страхования путем принятия соответствующих законодательных актов.

Учет в процессе моделирования перечисленных критериев, факторов и средств, позволяющих управлять этими факторами, создает условия для обеспечения эффективности функционирования ДД.

Существующие Правила, нормы и нормативы определяют границы эффективности организации ДД, которым соответствуют и определенные ограничения по всем показателям качества. Поэтому функционирование управляющей подсистемы должно быть направлено не только на поддержание норм, но и на их совершенствование. Недостатком существующих правовых норм является то, что они недостаточно защищают водителя, что противоречит основной цели функционирования ДД.

Обеспечение ДД связано с деятельностью многих организаций, которые заняты конструированием, ремонтом и техническим обслуживанием транспортных средств, перевозками пассажиров и грузов, проектированием, строительством, реконструкцией, оборудованием и содержанием дорог, подготовкой и воспитанием водителей и пешеходов, регулированием движения и поддержанием порядка на дорогах, оказанием медицинской помощи пострадавшим и т.д.

Министерства и ведомства, выполняя свою часть обязанностей по обеспечению дорожного движения, принимают решения и разрабатывают ведомственные нормативы, организуют их выполнение, контролируют их соблюдение в пределах своей компетенции.

Все эти организации и учреждения являются элементами системы управления ДД и описание отношений между ними является важным для разработки концептуальной модели ДД.

С позиции научного управления ГИБДД можно рассматривать как управляющую структуру (субъект управления) в определенной системе отношений. Признаком, определяющим принадлежность организаций, должностных лиц и граждан к той системе, в которой в качестве субъекта управления выступает ГИБДД, является контроль за соблюдением правил, стандартов и других правовых норм, касающихся безопасности

дорожного движения. Управление со стороны ГИБДД не следует смешивать с действиями, вытекающими из служебной субординации. Взаимоотношения субъекта и объекта управления в данном случае вытекают лишь из права ГИБДД контролировать соблюдение нормативов, которые объект должен выполнять. ГИБДД, являясь субъектом управления в сфере обеспечения безопасности ДД, входит в состав органов внутренних дел и является объектом управления в системе этих органов и, следовательно, в системе государственного управления.

Государственная система управления ДД, являясь кибернетической системой, имеет иерархическую структуру. Благодаря этому обеспечивается реализация стратегии целенаправленного поведения системы как во времени, так и в пространстве. Верхние уровни реализуют стратегию поведения системы на перспективу. Нижние уровни реализуют тактические ходы системы, определяя ее сиюминутное поведение или на ближайший период.

Определены основные функции и задачи мониторинга как основы региональной и государственной системы управления эффективностью дорожного движения.

Система мониторинга выполняет функции сбора, учета, хранения, систематизации информации о ДД и выдачи фактической, статистической и аналитической информации о дорожном движении, состоянии ДД и тенденциях его развития.

Основная задача, решаемая системой мониторинга: создание типовых стационарных и передвижных постов дорожно-патрульной службы, обеспечивающих наблюдение за управлением ДД.

Организация мониторинга на дорожной сети региона для решения указанной задачи связана с привлечением больших объемов технических и трудовых ресурсов. Отсюда возникают две проблемы:

1} определение точек наблюдения на дорожной сети;

2). определение способа наблюдения контроля и функциональных особенностей необходимых стационарных и передвижных постов до-рожно-патрульной службы.

В третьей главе даны результаты исследований по организации системы наблюдения и контроля за транспортными средствами и транспортными потоками.

Основной причиной дорожно-транспортных происшествий, не считая погодных и дорожных условий, является нарушение скоростного режима и несоблюдение дистанции между транспортными средствами. Поэтому контроль за соблюдением скоростного режима на транспортной сети является важным фактором нормального функционирования транспортных потоков. Динамика современной жизни связана с тенденцией увеличения количества автомобилей на дорогах. Увеличивается и количество автомобилей, находящихся в розыске по различным причинам.

Кардинальное изменение ситуации возможно при отходе от выборочного контроля как основного метода контроля и переходе к сплошному контролю на основных участках транспортной сети. Использовании выборочного контроля при этом возможно в качестве дополнительного средства для уточнения данных.

Основные задачи системы контроля направлены на выявление отклонений потоков на транспортной сети от нормального режима функционирования и обеспечения этой информацией системы диспет-чирования.

Предложена организация системы контроля путем выбора эффективных точек на транспортной сети и установки в этих точках пунктов сплошного контроля за транспортными средствами. Рассмотрены основные показатели транспортных потоков и точек наблюдения, оказывающие влияние на принимаемое решение о точке наблюдения. Основной целью наблюдения является обеспечение достоверной информацией о состоянии транспортных потоков на сети подсистемы диспетчерского регулирования для принятия решений различного характера, в том числе направленных на корректировку транспортных потоков с использованием средств регулирования движения, а также на постановку и решение задач планирования и прогнозирования.

Поскольку транспортные потоки на сети формируются в результате наложения движущихся транспортных средств на транспортную сеть, то характеристики потоков зависят, прежде всего, от характеристик сети. Сформулирован обобщенный критерий эффективности точек наблюдения на основе показателей транспортных потоков и характеристик точек наблюдения в виде аддитивной функции относительно частных критериев эффективности. Разработана методика определения коэффициентов важности частных критериев на основе расстановки приоритетов с использованием экспертных оценок, что позволяет лицу, принимающему решение, использовать опыт, знания, интуицию экспертов в качестве источника информации для восполнения (компенсации) отсутствующих знаний о структуре явления и неформальных связях.

Особенностью предложенного подхода является отсутствие условия транзитивности оценок экспертов, что облегчает процесс оценивания.

В четвертой главе рассмотрены способы повышения эффективности функционирования дорожного движения:

1) разработана концептуальная модель формального представления, способствующего принятию правильных решений по обеспечению эффективности организации дорожного движения;

2) разработана методика внедрения системы мониторинга транспортных средств и транспортных потоков;

3) разработана функциональная структура типовых постов как организационной основы мониторинга.

Проблема повышения эффективности управления ДД заключается не столько в оптимальном распределении или перераспределении функций, сколько в обеспечении его управляемости, устойчивости при условии функционирования его желаемым образом в соответствии с потребностями общества и экономики страны. Решение такой задачи может потребовать от системы управления необходимости реализации новых функций.

Как известно, множество функций управляющей подсистемы должны обеспечивать желаемое функционирование объекта управления, его эффективность, характеризуемую с помощью критериев эффективности {./,}.

На основе известных методов совокупность критериев эффективности может быть выражена в виде единого показателя и. Эти критерии изменяются в зависимости от множества факторных признаков X, рассмотренных в диссертационной работе. Система будет эффективной в смысле приведенных критериев, если множество факторных признаков, определяющих желаемое изменение критериев, будет управляемо и контролируемо, а управляющие решения будут реализуемы. Функциональная структура системы, включающая множество

различных функций, обеспечивает желаемое изменение множества факторных признаков. Тогда можно говорить о некотором балансе в отношении между множествами: {функции} <-► {факторы}. В противном случае возникает дисбаланс - противоречие, разрешение которого требует реализации новых функций. Таким образом, анализ возможностей влиять на факторы позволяет косвенно оценить возможности функциональной структуры системы.

При таком подходе фактор может быть рассмотрен как объект управления. Фактор, как объект управления, может иметь сложную структуру, характеризоваться множеством количественных и качественных параметров, описывающих внутреннее состояние объекта и множество измеряемых характеристик. Зависимость между параметрами объекта и показателями Р1 может быть задана в виде некоторой функциональной, вероятностной или статистической зависимости, либо на основе нечеткой логики знаний с использованием экспертных оценок.

При отсутствии системы учета параметров объекта показатели Р1 оцениваются с использованием вербальной шкалы и знаний экспертов. В диссертации более подробно рассмотрен этот случай.

Фактор х, может оказывать влияние на другой фактор хчто выражается в виде зависимостей между показателями Р1 и р,. Пусть -отображение этой зависимости:

лг\Р}-*Р,. (1)

что характеризует влияние множества факторов на данный показатель.

Кроме того, каждый фактор находится под влиянием различных воздействий от структурных элементов системы управления ДД:

где ^ - воздействия /' структурного элемента; а; - некоторый оператор воздействия.

Перечень структурных элементов, являющихся в свою очередь сложными организационными системами, приведен в диссертационной работе.

Структурные элементы находятся между собой в различных отношениях. Эти отношения можно записать с помощью некоторого оператора А$\

ЛзФ.М,, (3)

описывающего влияние структурных элементов на элемент Это влияние может носить нормативно-правовой либо коммерческий (финансовый) характер.

Реализация отношений аI и А{ связана с выполнением определенных функций со стороны структурных элементов. Поэтому улучшению этих отношений в смысле заданного критерия соответствует, как было отмечено выше, изменение содержания функций, выполняемых ими.

Учитывая неопределенность систем отношений А1 и А[ вводятся типовые отношения между факторами и структурными элементами. Установление типовых функциональных отношений позволяет ограничить область поиска оптимальных решений по обеспечению эффективности функционирования ДД. Множество типовых отношений получено на основе концептуальной модели при использовании метода экспертного опроса по данной проблеме.

Как известно, возможности всегда ограничены. Ограничениями на оптимизацию системы управления ДД являются:

1) уровень финансирования системы управления;

2) уровень нормативно-правовой базы, хотя при рассмотрении задачи планирования нормативы могут рассматриваться как величины переменные;

Задача оптимизации функционирования системы управления заключается в следующем.

Известна структура системы управления ДД, процесс функционирования которой определяется набором факторов {хи соответствующим им набором показателей {р^, представляющих собой, в общем случае, векторы. Отношения между факторами и структурными элементами системы описываются выражениями типа (1-3). При заданных ограничениях по факторным признакам {хк} необходимо определить функциональные отношения л^ и л/, обеспечивающие оптимум по показателю 7 = {у,}в классе типовых отношений.

Практическое решение данной задачи наталкивается на следующие проблемы.

1. Оценка показателей на основе субъективных знаний экспертов носит нечеткий характер и часто соответствует вербальной шкале измерений.

2. Отношения между факторами и структурными элементами носят неопределенный, нечеткий характер. Эта неопределенность может быть в той или иной мере уточнена на основе знаний экспертов.

3. Постановка задачи принятия решения также является нечеткой ввиду нечеткого характера целевой функции и ограничений, оценка которых основана на использовании вербальной шкалы и опыта и знаний экспертов.

Разработана модель анализа системы управления ДД на основе нечетких множеств отношений, опирающихся на знания экспертов. Та-

ким образом, предложена интеллектуальная модель знаний для решения задач анализа системы управления дорожным движением.

Как известно, в случае нечеткой информации для моделирования знаний применяется нечеткозначная логика. Приближенное рассуждение рассматривается как обобщение логических правил вывода Modus ponens и Modus tollens логики высказываний.

На основе набора правил строится матрица нечетких отношений. Как известно, нечеткое бинарное отношение R есть подмножество декартового произведения х х г:

¡Рк(х,У)/(х,У). (4)

{х.у)еХ*Г

Далее построенные матрицы объединяются:

/лк =max(//Ri ). (5)

При этом r()- нечеткое бинарное отношение, характеризующее связь между лингвистическими переменными X и У.

Для организации логического вывода используется композиционное правило логического вывода, частным случаем которого является известный силлогизм Modus Ponens

ПОСЫЛКА 1 ЕСЛИ х есть А, ТО у есть В ПОСЫЛКА 2 х есть А

ВЫВОД у есть В

Композиционное правило Л. Заде утверждает, что композиция нечетких отношений

Я(и) = А, 11(и^) = Р есть 11М= Ло Г, (6)

где знак композиции.

При этом функция принадлежности определяется, как

Известно большое число нечетких отношений, используемых в композиционных правилах вывода. Они, в частности, приведены в работах Л. Заде, Е. Мамдани, М. Мидзумото .

Разработан метод реализации композиционного вывода новых знаний на основе использования типовых функций принадлежности.

Процедура диагностирования системы управления ДД представляет собой определенную последовательность диагностических проверок реакции объекта на управляющие решения и факторные признаки с целью оценки качества системы в целом с помощью набора показателей или отдельных подсистем, описанных нами с помощью факторных признаков. Важным является определение не только уровня качества того или иного фактора или системы в целом, но и возможность определения причин, по которым качество низкое или высокое, или указание на причины, устранение которых является наиболее целесообразным. Решение подобных задач целесообразнее всего с использованием методов искусственного интеллекта. Для этого реализуется процедура логического вывода, позволяющая оценить качество по целевым переменным, которыми являются факторы, критерии качества системы управления, структурные элементы и типовые функции, относящиеся к ним и рассмотренные выше.

Отсутствие достаточного объема статистических данных для установления объективных зависимостей между различными показателями является дополнительным аргументом в пользу эвристического описания этих зависимостей. Оно выполняется в виде набора правил ЕСЛИ...ТО... на основе знаний и опыта экспертов - специалистов.

На реальных данных рассмотрена задача анализа системы управления ДД на примере диагностики уровня дорожно-транспортных происшествий в регионе. Результат соответствует данным, полученным по другим источникам.

Рассмотрена задача выбора альтернативных решений по определению точек установки типового поста методом расстановки приоритетов. Надежность полученных результатов подтверждена методом Терстоуна. Максимальное отклонение составляет чуть более 4 %. На основе полученных результатов разработан план последовательного внедрения типовых пунктов. Типовой стационарный пункт, оборудованный современными техническими средствами, обеспечивающими возможность организации мониторинга транспортных средств и транспортных потоков, является дорогостоящим. В связи с этим предложена следующая методика расширения возможностей по мониторингу.

1. Определяются точки установки, которые ранжируются по степени важности.

2. На первом этапе точка рассматривается как очередной потенциальный пункт для использования передвижной установки мониторинга. Выполняются подготовительные работы по установке необходимого для передвижного пункта средств, обеспечивающих прежде всего коммутацию энергетического и электронного оборудования.

3. При появлении финансовых возможностей вместо передвижного пункта устанавливается стационарный пункт. Передвижной пункт используется в очередной по важности точке.

На основе полученных результатов разработан план внедрения типовых пунктов. В соответствии с разработанной автором функциональной и организационной структурой типового поста проектно-конструкторской фирмой разработан аппаратно-программный комплекс

(АПК) "Сова-2", отличающийся оригинальностью и новизной, который показал высокие эксплуатационные качества.

В приложении приведены:

1) исходные данные модели анализа дорожного движения на основе нечетких множеств и нечетких отношений, а также расчет уровня ДТП в регионе.

2) план внедрения типовых пунктов системы мониторинга, разработанный с использованием реальных данных на основе экспертных знаний.

3) технико-экономическое обоснование типовых постов и показатели эффективности опытной эксплуатации типового поста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана концептуальная модель формального представления, способствующего принятию правильных решений по обеспечению эффективности организации дорожного движения;

2. Разработана методика внедрения системы мониторинга транспортных средств и транспортных потоков;

3. Разработана функциональная структура типовых постов как организационной основы мониторинга.

4. Разработана математическая модель показателя обобщенного экономического эффекта от функционирования ДД в зависимости от уровня инвестиций, обеспечивающих заданный усредненный скоростной режим. Модель в первом приближении позволяет оценить эластичность прибыли от ДД в зависимости от изменений скорости, обеспеченной инвестициями, либо величины возможных инвестиций.

5. Разработана концепция организации системы контроля и управления ДД на основе создания системы мониторинга ДД, что позволит повысить действенность системы контроля и управления ДД за счет геоинформационной системы оперативной обработки данных по различным аспектам ДД.

6. Разработана методика создания системы контроля за ДД, предполагающая формирование стратегий решения с учетом ограничений на величину текущих инвестиций. Предложенный способ позволяет разбить процесс создания системы на этапы, связанные с величиной выделяемых инвестиций, выбрать набор стратегий на основе метода экспертных оценок с учетом опыта специалистов.

7. Созданы научная и практическая базы для построения экономико-математических моделей, описывающих различные процессы в ДД, позволяющие повысить эффективность функционирования системы организации ДД в условиях ограниченных возможностей как за счет внутренних ресурсов системы, так и за счет формулирования определенных требований к внешней среде.

8. Дана оценка социально-экономической эффективности ДД, позволяющая разрабатывать поведенческую стратегию контролирующей системы.

9. Разработана функциональная структура типового поста наблюдения за дорожным движением в выбранных точках транспортной сети.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Мовчан В.П., Бурди А.И. Информационные технологии - как средство развития автотранспортных магистралей региона. // "Стратегия развития регионов: теория и практика": Материалы международной научно-практической конференции Ч. 3. Пермь: ГУВШЭ, 1998.

2. Мовчан В.П., Бурди А.И. Мониторинг автотранспортных средств и транспортных магистралей как средство развития экономики региона. // "Стратегия развития регионов: теория и практика": Материалы международной научно-практической конференции Ч. 3. Пермь: ГУВШЭ, 1998.

3. Мовчан В.П., Файзрахманов P.A. Задачи принятия решений в управлении дорожным движением. // "Стратегия развития регионов: теория и практика": Материалы международной научно-практической конференции Ч. 3. Пермь: ГУВШЭ, 1998. С. 107-109.

4. Файзрахманов P.A., Мовчан В.П. Система управления дорожным движением на основе модели знаний. // Теоретические и прикладные аспекты информационных технологий: Сб. Научн. Тр. / ГП НИИ-УМС,- Пермь, 1999. - Вып. 48, - С. 93-96.

5. Мовчан В.П. Стационарный пост контроля за движением автотранспортных средств (его варианты). Патент РФ № 2137202.

6. Мовчан В.П. Передвижной пост контроля за движением автотранспортных средств. Патент РФ № 2137203.

7. Мовчан В.П. Многозоновая стационарно-передвижная система контроля за движением автотранспортных средств. Патент РФ № 2137204.