автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Совершенствование методов оценки качества организации дорожного движения с использованием автомобильных навигационных систем

На правах рукописи

Румянцев Евгений Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВТОМОБИЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск - 2013

6 ' :.0;1 2013

005061109

Работа выполнена на кафедре «Менеджмент и логистика на транспорте» ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель: Михайлов Александр Юрьевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Менеджмент и логистика на транспорте» ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Официальные оппоненты: Озорнин Сергей Петрович

доктор технических наук, профессор кафедры «Строительные и дорожные машины» ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет»;

Крипак Марина Николаевна

кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление на автомобильном транспорте» ФГБОУ ВПО «Ангарская государственная техническая академия»

Ведущая организация: ГУП «Научно-исследовательский и проектный

институт генерального плана города Москвы»

Защита состоится 26 июня 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.04 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет».

Автореферат разослан 24.05.2013.

»

Отзывы на автореферат (два экземпляра, заверенные организацией) направлять в адрес диссертационного совета:

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Д 212.073.04;

e-mail: ds04@istu.edu; факс: (3952) 405869

И.о. ученого секретаря диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

,7/!

ILU-

А.И. Шадрин

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Рост уровня автомобилизации сопровождается усложнением условий дорожного движения в городах Российской Федерации, т.е. ростом задержек транспортных средств, снижением скорости сообщения и возникновением транспортных заторов. Поэтому совершенствование организации дорожного движения (ОДЦ) становится одной из важнейших задач эффективного развития автомобильного транспорта, обеспечения его работоспособности, дорожной и экологической безопасности.

Развитие технических средств мониторинга транспортных потоков создает предпосылки для управления дорожным движением в режиме реального времени. Следовательно, в современных условиях особый интерес представляют критерии оценки качества ОДЦ, основанные на данных мониторинга текущего состояния транспортных потоков. К их числу относится критерий Германа-Пригожина, учитывающий две составляющие удельных затрат времени на поездку - затраты времени в движении и затраты времени, связанные с задержками (простоем). Эти две составляющие чутко реагируют на воздействие многочисленных факторов, влияющих на состояние транспортного потока. Особая ценность рассматриваемого критерия - возможность применения его при обработке данных (GPS и ГЛОНАСС-треков), поступающих с навигационного оборудования транспортных средств. При этом применимы следующие источники данных и их сочетания: специализированные подвижные лаборатории, осуществляющие сбор информации о состоянии транспортных потоков; подвижной состав общественного пассажирского транспорта, оборудованный навигационными системами; автомобили водителей-волонтеров, имеющих автомобильные навигаторы.

Практическое использование критерия Германа-Пригожина невозможно из-за отсутствия оценочной градации его значений, разработанной с учетом максимально широкого спектра условий движения транспортных потоков на всех существующих технических категориях городских улиц и дорог.

В этой связи особую актуальность приобретает необходимость проведения научного исследования по установлению:

• диапазонов вариации параметров, входящих в состав двухжидкостной модели транспортного потока Германа-Пригожина;

• зависимостей между характеристиками улично-дорожной сети (УДС), дорожными условиями и параметрами модели Германа-Пригожина.

Разработка градации критерия Германа-Пригожина позволит использовать навигационные системы транспортных средств для оценки качества ОДЦ, и тем самым повысить эффективность оперативного управления дорожным движением.

Основная идея работы. Использование данных, поступающих с навигационного оборудования транспортных средств, позволяет снижать трудоемкость и стоимость оценки качества организации дорожного движения, а также осуществлять его оперативную оценку в режиме реального времени.

Целью работы является повышение качества ОДЦ, в том числе оперативного управления транспортными потоками в режиме реального времени на основе использования данных, поступающих с навигационного оборудования транспортных средств.

Объект исследования - процесс движения транспортных потоков на улично-дорожной сети города и их мониторинга с использованием навигационных систем транспортных средств.

Предмет исследования - зависимости, характеризующие влияние условий движения потока транспортных средств на значения параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина.

Сформулированная цель работы потребовала решения следующих задач:

• экспериментально получить репрезентативные выборки значений параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина (удельных затрат времени, удельных затрат времени в движении, удельных затрат времени от задержек) для максимально широкого диапазона условий дорожного движения транспортных потоков на улично-дорожных сетях городов;

• разработать научно обоснованную классификацию критерия темп движения Т для экспрессной оценки качества организации дорожного движения и оперативного управления движением потоков транспортных средств;

• разработать детальную классификацию городских улиц и дорог на основе параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина;

• выполнить экспериментальную проверку и технико-экономическую оценку эффективности применения модели Германа-Пригожина для определения качества организации движения в условиях улично-дорожной сети больших и средних городов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены репрезентативными объемами выборок исследуемых параметров транспортных потоков, выбором моделей расчета критериев оценки организации дорожного движения и задержек, соответствующих установленным характеристикам транспортных потоков, верификацией результатов экспериментов общепринятыми статистическими критериями, использованием пакетов статистической обработки данных. Результаты данной работы согласуются и не противоречат ранее проведенным исследованиям.

Научная новизна:

• установлены значения параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина для широкого диапазона условий движения на УДС городов;

• разработана научно обоснованная классификация условий движения по УДС на основе критерия темп движения Т;

• разработана детальная классификация городских улиц и дорог на основе оценки реакции параметров модели Германа-Пригожина на показатель уровень загрузки.

Практическая ценность работы:

• разработанная классификация условий движения по улично-дорожной сети на основе критерия темп движения Т может использоваться муниципальными органами, занимающимися вопросами организации дорожного движения, для экспрессной оценки качества организации дорожного движения на базе данных GPS и ГЛОНАСС-треков, а также использоваться водителями, транспортные средства которых оборудованы навигационными системами;

• разработанная классификация городских улиц и дорог на основе параметров модели Германа-Пригожина и полученные зависимости критерия темп движения Т от уровня загрузки могут использоваться муниципальными органами и проектными организациями, занимающимися вопросами организации дорожного движения, для прогнозирования скорости движения, для верификации результатов микро - и макромоделирования транспортных и пассажирских потоков при выполнении сле-

дующих проектов: комплексных транспортных схем; комплексных схем организации дорожного движения; организации движения.

Научные положения, выносимые на защиту:

• использование данных GPS и ГЛОНАСС-треков навигационного оборудования транспортных средств позволяет осуществлять оценку и контроль качества организации дорожного движения в режиме реального времени и при этом значительно снижать их трудоемкость;

• разработанная и научно обоснованная классификация значений критерия темп движения Т позволяет значительно повысить точность и достоверность экспрессной оценки качества организации дорожного движения, а также эффективность оперативного управления движением потоков транспортных средств;

• разработанная на основе параметров модели Германа-Пригожина детальная классификация городских улиц и дорог позволяет при проектировании организации дорожного движения прогнозировать скорость сообщения на любом заданном участке улично-дорожной сети.

Реализация работы. Результаты исследований приняты к внедрению в AHO «Институт Проблем безопасности движения» для подготовки новой редакции текста ОДМ «Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования представлялись в научных докладах и выступлениях: межвузовские научно-технические конференции «Современные технологии и научно-технический прогресс» (г. Ангарск, 200-2010 гг.); IX Международная конференция «Организация безопасности дорожного движения» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); III Международная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития евроазиатских транспортных систем» (г. Челябинск, 2011 г.); Международный конгресс, посвященный 180-летию СПбГАСУ «Наука и инновации в современном строительстве - 2012» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.); Всероссийская 66-я научно-практическая конференция «Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования — основа модернизации и инновации развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России» (г. Омск, 2012 г.); II Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» (г. Новокузнецк, 2012 г.); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2012 г.).

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 13 печатных работ, в т. ч. 4 печатные работы в изданиях, утвержденных ВАК Минобразования РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 121 страницу машинописного текста, которая включает 47 рисунков, 36 таблиц и приложение - 58 страниц. Библиография содержит 160 наименований, в том числе 80 источников на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, определены: основная идея, цель, объект, предмет, задачи, обоснованность и достоверность научных положений, научная новизна и практическая ценность работы, а также задачи исследования и научные положения, выносимые на защиту.

5

В первой главе рассмотрены современные задачи организации дорожного движения, выявлены основные проблемы функционирования УДС крупных городов. Проведена классификация критериев оценки качества ОДД и выполнен анализ существующей практики их применения.

Применение современных методов ОДД требует использования количественных критериев. В этой связи дана оценка условий движения, которая является одним из важнейших разделов теории транспортных потоков и имеет уже более чем полувековую историю. Исследованиями в этой области занимались М.Б. Афанасьев, М.Я. Блинкин, В.В. Зырянов, Ю.А. Кременец, Е.М. Лобанов, А.Ю. Михайлов, В.В. Силья-нов, М.П. Печерский, И.Н. Пугачев, Б.А. Ткаченко, Ю.Д. Шелков, В.В. Шештокас и другие ученые. Разнообразие задач в составе ОДД привело к использованию целого набора частных критериев (табл. 1), что требует выполнения достаточно сложных и трудоемких инженерных расчетов, применения пакетов специальных программ.

Таблица 1

Критерий оценки качества организации движения

Элемент улично-дорожной сети Критерий

Перегон дороги Пропускная способность

или улицы Скорость

Развязки в разных уровнях Пропускная способность

Средняя задержка (въездные рампы)

Кольцевые Пропускная способность

пересечения Длина очереди

Средняя задержка

Суммарная задержка

Нерегулируемые Пропускная способность

пересечения Длина очереди

Доля остановившихся транспортных средств

Средняя задержка

Суммарная задержка

Регулируемые Пропускная способность

пересечения Длина очереди

Доля остановившихся транспортных средств

Средняя задержка

Суммарная задержка

Улично-дорожная сеть Пропускная способность

Время сообщения

Количество остановок (при движении по сети)

Суммарная задержка

Кроме частных критериев оценки качества ОДД используется интегральный критерий - показатель уровня обслуживания (Level of Service). При этом для каждого из элементов УДС выбран конкретный индикатор уровня обслуживания, например, для перекрестков таким индикатором выбрана величина средней задержки. Таким образом, определение уровня обслуживания для каждого из элементов УДС также сопровождается вычислительными процедурами.

В этой связи особый интерес представляет критерий Германа-Пригожина, который может определяться как для целой УДС города, так и для ее отдельных участков. Модель Германа-Пригожина рассматривает две составляющие удельных затрат

времени: затраты времени в движении и затраты времени, связанные с задержками (простоем). Эти две составляющие отражают воздействие очень широкого перечня факторов, влияющих на состояние транспортного потока. Параметр п (см. формулы (2) _ (5))> входящий в состав двухжидкостной модели Германа-Пригожина и позволяющий количественно оценить чувствительность УДС к повышению ее загрузки, признан интегральным показателем качества функционирования УДС.

Как уже отмечалось, практическое использование критерия Германа-Пригожина невозможно из-за отсутствия научно обоснованной градации его значений. Поэтому данная работа посвящена развитию методов оценки качества ОДД на основе параметров модели Германа-Пригожина, в связи с чем сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы двухжидкостной модели Германа-Пригожина и возможности применения ее параметров для оценки условий движения транспортных потоков.

Двухжидкостная модель Германа-Пригожина построена на следующих предположениях:

• средняя скорость движения по УДС пропорциональна доле транспортных средств, находящихся в движении;

• время задержки транспортного средства, двигающегося по УДС, пропорционально количеству остановившихся в данный момент транспортных средств.

В соответствии с приведенными выше положениями транспортный поток на УДС в любой момент времени состоит из двух частей: /г - двигающихся транспортных средств; £ - стоящих транспортных средств (очереди на подходах к перекресткам, транспортные заторы). При этом соблюдается условие /г +/„ = 1, а сама доля стоящих транспортных средств/„ определяется отношением (1)

/,=Ут„ о)

где Тх - удельное время простоя, мин/км.

Средние удельные затраты времени (или темп движения) Т, мин/км являются суммой среднего удельного времени движения Тп мин/км и удельного времени задержек Т$, мин/км (2)

Т = ТГ+Т3. (2)

Средняя скорость двигающихся транспортных средств V, определяется как (3)

к=к/;, (3)

где У„ - средняя максимальная скорость движения на УДС или на рассматриваемом ее участке; п - показатель, характеризующий качество функционирования УДС или ее рассматриваемого участка.

С учетом простоев средняя скорость движения по УДС или ее рассматриваемому участку К вычисляется по формуле:

(4)

при этом граничные условия модели (4): если= 0, то V = ¥т; если = 1, то V = 0.

Поскольку среднее удельное время поездки, темп движения Т = 1 /V, а среднее удельное время в движении Тг = 1/К,, то в соответствии с выражением (4) получаем важнейшие уравнения двухжидкостной модели, описывающие Тг и Т5 (5; 6)

I я

y — 'y_Y'i+n'pn+i

(6)

Таким образом, для расчетов удельных затрат времени при движении на любой УДС необходимо иметь значения ее параметров Тт и п.

Параметр Тт характеризует минимальные удельные затраты времени на движение в свободных условиях, т.е. при очень низком уровне загрузки сети, при которой отсутствует взаимодействие между транспортными средствами в потоке. Можно полагать, что Тт отражает геометрические характеристики УДС, линейную плотность размещения перекрёстков и т. д.

В свою очередь, параметр п отражает влияние уровня загрузки на снижение скорости движения транспортных потоков, его можно рассматривать как индикатор качества обслуживания транспортных потоков в сети (индикатором Германа-Пригожина).

Для определения параметров Тткп используют логарифмическое преобразование выражения (5):

inrr=_Lin7;+JLi пГ (7)

п +1 п+1

которое с целью использования линейной регрессии у=а+Ьх преобразуют в следующую формулу:

InTr = InTm+ п{\пТ - InTr). (8)

В соответствии с (8) 1пГ„, является свободным членом простой линейной регрессии, а параметр п - ее коэффициентом.

Результаты целого ряда исследований ученых (R. Herman, S.A. Ardekani, М.Т. Ayadh, H.S. Mahmassani, С. Lee, М.Я. Блинкин, Б.А. Ткаченко и другие авторы) по установлению параметров Тт и и представлены в табл. 2.

Таблица 2

Параметры модели

Город Параметры модели Коэффициент детерминации R2

Тт, МИН/КМ п

Austin 1,11 1,65 0,78

Dallas 1,23 1,48 0,80

Houston 1,68 0,80 0,63

San Antonio 1,25 1,49 0,84

Milwaukee 0,99 1,41 0,81

London 1,20 3,02 0,97

Melbourne 1,09 1,41 0,95

Sydney 1,16 1,68 0,88

Brussels 0,79 2,76 0,92

Seoul 1,36 0,90 0,69

Москва в целом 1,03 1,428 0,83

Москва - центр 1,19 1,253 0,83

Москва - Садовое кольцо 0,99 1,729 0,78

Москва - 3-е кольцо 1,02 2,621 0,94

Москва - МКАД 0,80 3,619 0,93

В целом, параметры Тт и п устанавливались для целой УДС города или для достаточно большого ее участка. Выполненные ранее исследования показали, что параметр п изменяется в диапазоне от 0,8 до 3,0, при этом меньшие значения параметра указывают на лучшее функционирование УДС или рассматриваемого ее участка. Следует также отметить, что на основе параметров Тт и п были установлены типы водителей (R. Herman и др., 1988): агрессивные, нормальные, консервативные. При этом агрессивные водители характеризуются более высокими значениями п и более низкими Тт.

Ряд авторов (М.Т. Ayadh, J.C. Williams) указывают на возможность более детального рассмотрения УДС. Например, возможно построение регрессионных моделей, в которых параметры Тт и и рассматриваются как зависимые переменные, а характеристики УДС: плотность размещения перекрестков (длина перегонов); средняя продолжительность цикла регулирования; количество полос движения; наличие или отсутствие разделительной полосы и т. д. — рассматриваются в качестве независимых переменных.

Вышесказанное позволяет утверждать, что модель Германа-Пригожина позволяет:

• разработать оценочную шкалу условий движения на основе показателя темп движения Т (как альтернатива оценки условий движения «ЯНДЕКС-ПРОБКИ» в виде баллов), для чего необходимо охватить обследованиями максимально широкий диапазон условий дорожного движения;

• оценить параметры Тт и п для разных классов улиц, характеризующихся количеством полос движения, линейной плотностью размещения светофорных объектов, пешеходных переходов, примыканий, остановочных пунктов.

Третья глава посвящена методике выполнения экспериментальных исследований по сбору и обработке данных, поступающих с навигационного оборудования транспортных средств.

Сбор данных о характеристиках треков, получаемых с навигационного оборудования, может осуществляться двумя методами:

• пассивный эксперимент, при котором осуществляется сбор выборочных данных по совокупности случайных маршрутов движения автомобилей, располагающих бортовыми навигационными системами (GPS или ГЛОНАСС - оборудованием), с последующей привязкой треков к ГИС-карте города;

• активный эксперимент, при котором сбор данных осуществляется автомобилем-лабораторией на заранее выбранных маршрутах движения по УДС.

Пассивный эксперимент осуществлялся с применением системы спутникового мониторинга и контроля транспорта «АвтоГРАФ». Бортовой контроллер АвтоГРАФ-GSM (АвтоГРАФ-ОЗМ-ГЛОНАСС) регистрирует перемещения транспортного средства путем записи времени и маршрута в виде точек с географическими координатами, полученными со спутников глобальной навигационной системы GPS (NAVSTAR) или ГЛОНАСС (АвтоГРАФ-С8М-ГЛОНАСС). Одновременно с записью координат производится запись ряда других параметров (скорость и направление движения, счетчики событий и т. д.). Накопленные данные передаются через сеть оператора сотовой связи стандарта GSM 900/1800 посредством технологии пакетной передачи данных GPRS на выделенный сервер, с которого они могут быть получены через сеть Интернет для дальнейшего анализа и обработки диспетчерской программой «АвтоГРАФ» (рис. 1.).

^ АВТОГРАФ уЗА7

Файл Модули Экспорт Устройство Настрой« Справка

гл. I,

Оператор:

Список групп ©Файл (§) Период ф ф

Период ¡Произвольный с 0:00 ^ 3.09.12 Пн ▼ по 23:59 щ 3.09.12 Пн ▼ 0 Разбивать на рейсы

* Автомобили

Тойота-Пробокс • У 509 СТ Тойота-Хайс • У 507 СТ Тойта-Пробокс • У 508 СТ СЭМ (145)

Стаж рейсов:

Рейсы КТ Датчики АЦП Баки Двигат. Фильтры Плеер

№/Сг. Начало / Конец Продолжительность Скор., км/ч Пробег, км Моточасы МЧнаост, Раскоа.л * л/1 МЧ 8 шители / Маршрут

% ^ В 3.03.12 - 8:47 пн 3.09.12 -14:09 пн 5:22 мин I 98.51 111,7 дв: 2:24 мин | ср.: 48.61 1: 2: -13.4

Водители

1 В 1В

Те

I Приём | С | С | С

Дата

Время Событие

О 02.1212 О 02.12.12 О 02.1212 О 021212 ©021212 О 02.1212

15:14:01 Открыта про...

15:15:01 Открыта про...

15:1601 Открыта про...

15:17:01 Открыта про...

15:18:01 Открыта про...

15:19:01 Открыта про...

Очистить ] |Х|

Карта: <\»ЛиМарй>

0000100000

у ц^а ©®|[3)®д|оаЮ0|а®0|©(

Рис. 1. Рабочее окно программы «АвтоГРАФ»

Активный эксперимент выполнен с применением легкового автомобиля Volkswagen Passat, оборудованного GPS навигатором Texet 505.

Запись треков производилась в формате gpx (текстовый формат хранения и обмена данными GPS, основанный на формате XML), позволяющем хранить информацию в произвольной форме, при которой обязательными являются только долгота и широта точек трека. Формат воспринимается многими программами, в том числе Google Earth и Ozi Explorer. Для обработки треков использовалась программа BaseCamp, обладающая простым пользовательским интерфейсом и находящаяся в свободном доступе на официальном сайте Garmin.

Для проведения активного эксперимента в г. Иркутске выбрано 57 участков УДС, отличающихся линейной плотностью размещения светофорных объектов, нерегулируемых пересечений и переходов, примыканий улиц. Целью обработки каждого трека было получение следующих параметров: его протяженность (км) и продолжительность (мин); время в движении; время простоя (когда скорость движения меньше 5км/ч); максимальная, минимальная и средние скорости движения. С целью охвата исследованием максимально широкого диапазона условий движения запись треков проводилась для каждого из участков в заданное время суток: в утренние часы 8.00— 9.00; в дневное время 13.00-14.00; в вечернее время 17.00-18.00 (центральная часть города) и 18.00—19.00 (периферийные районы города); в ночное время 0.00-01.00.

В четвертой главе приводятся результаты обработки данных обследований и разработанные на их основе предложения по оценке условий дорожного движения в городах.

По результатам обработки 507 треков были получены данные об удельных затратах времени Т, удельных затратах времени на движение Тп удельных затратах времени, вызванных задержками Ts (табл. 3). Значения показателей вариации позволяют утверждать, что обследованием охвачен широкий диапазон условий движения транспортных потоков.

Таблица 3

Значения параметров __

Статистика Ts Тг Г

Минимальное значение 0,00 0,55 0,55

Максимальное значение 9,03 10,48 16,90

Вариационный размах 9,03 9,93 16,45

Коэффициент вариации 2,40 0,64 0,73

Стандартное отклонение 0,98 1,77 2,33

Среднее значение 0,41 2,75 3,16

Ошибка оценки среднего 0,04 0,08 0,10

Анализ полученных данных показал, что темп движения Т более тесно коррелирует с удельными затратами времени на движение Тг, чем с Т5 (рис. 2, уравнения (6) и (7)). Таким образом, для обследованной УДС г. Иркутска получено линейное уравнение регрессии (8), связывающее темп движения Т с удельными затратами времени на движение Тг и удельным временем простоя Т5.

а)

16 12

4 6

Те, мин/км

8 10

8 10

о

» * * *

О

У ь II 8

б)

Тг, мин/км

Рис. 2. Графики зависимости удельных затрат времени на поездку Т:

а) от задержек Тх

Т = 2,463+1,698 Т„ Я = 0,715,- (б)

б) от затрат врел1ени на движение Тг

Т = -0,182+1,215 Тг, Я = 0,922; (7)

в) от задержек Тх и затрат времена на движение Тг

Т = 0,421 Тх +0,758 Тг, Л = 0,997 (8)

Ос?

По результатам обработки данных, Т подчиняется логарифмически нормальному распределению (9), а основная масса его значений сосредоточена в диапазоне 0,55 - 3,20 мин/км (табл. 4):

/(70 = ~ ~тТ=' ехр- 0п(г) - ,и)2/2<т2, Тсг\17.П

где Д7) — плотность распределения Т; ц= 3,16; <7=2,33.

Распределение значений параметра темп движения Т, мин/км

(9)

Таблица 4

Плотность распределения

Статистики распределения

Минимальное значение

Максимальное значение

Вариационный размах

Мода

Медиана

25% квартиль

Ю СО "ф О со сгз со сч СП О СЧ со" Ю СО О т-1" со ю со

Среднее значение

Т, мин/км

75% квартиль

0,55

16,90

16,45

1,72

2,46

1,62

3,16

3,92

На основании полученных квартилей логарифмически нормального распределения показателя темп движения Т (табл. 4) предлагается следующая оценка условий дорожного движения в городах:

• отличные - Т< 1,5 мин/км;

• хорошие - 1,5 мин/км <Т< 3,2 мин/км;

• удовлетворительные - 3,2 мин/км <Т < 4,0 мин/км;

• неудовлетворительные - Т > 4,0 мин/км.

Далее с использованием критерия евклидово расстояние, ф:,л) и был выполнен кластерный анализ данных:

п

ф,,хк) = " ^/Хк))2 , (10)

М

где /и^х^, ¡и/х^ - меры обладания у'-м свойством соответственно г'-ым и к-ыи объектами.

Улицы и дороги классифицировались на основе показателей линейной плотности размещения (на 1 км): светофорных объектов; нерегулируемых перекрестков; нерегулируемых переходов; примыканий улиц и местных проездов.

Для выбора оптимального количества кластеров использовался показатель-квадрат евклидового расстояния с!2. Резкий скачок значения показателя & может рассматриваться как признак получения количества классов, объективно существующих в исследуемой совокупности. Такой скачок был отмечен на 41 шаге выполнения кластерного анализа (рис. 3), когда было получено 8 классов городских улиц и дорог. К ним были добавлены еще два класса улиц, у которых в процессе выполнения активного эксперимента были получены значения критерия п = 0 (табл. 5 и рис. 4).

Рис. 3. График значений квадрата евклидова пространства с!2, на основании которого предлагается 8 классов улиц (скачок функции на 41 шаге)

Таблица 5

Классы улиц

Класс Описание класса улицы Линейные плотности размещения в расчете на 1 км улицы Значение параметров

Тт п

гшп ср. тах тш ср. тах

1 Многополосные проезжие части без пересечений, переходов в одном уровне и примыканий Светофорные объекты - 0, нерегулируемые перекрестки - 0; нерегулируемые переходы -0; примыкания-0 - - - 0 -

2 Улицы с двух полосными проезжими частями, отсутствуют регулируемые перекрёстки и переходы Светофорные объекты - 0; нерегулируемые перекрестки - 0; нерегулируемые переходы -0; примыкания-0 - - - - 0 -

3 Отсутствуют нерегулируемые перекрёстки, высокая плотность примыканий; Светофорные объекты - 2,3; нерегулируемые перекрестки - 0; нерегулируемые переходы -2,3; примыкания-1,9 0,56 1,02 1,48 1,11 3,70 6,30

4 Улицы, на которых отсутствуют регулируемые объекты; малая плотность регулируемых пересечений, низкая плотность примыканий; Светофорные объекты - 0; нерегулируемые перекрестки - 0,9; нерегулируемые переходы - 2,3; примыкание улиц - 0,8 0,56 1,13 1,69 2,17 7,01 12,05

5 Улицы со средней плотностью регулируемых пересечений и переходов и с низкой плотностью примыканий; Светофорные объекты - 2,8; нерегулируемые перекрестки - 2,4; нерегулируемые переходы -2,3; примыкания-1 1,29 1,64 1,99 0,63 1,22 1,80

6 Односторонние улицы, высокая суммарная плотность перекрёстков и переходов; Светофорные объекты - 2,85; нерегулируемые перекрестки - 3,5; нерегулируемые переходы - 2,85; примыкание улиц - 3,5 1,25 1,5 1,65 2,3 2,50 2,73

7 Магистральные улицы с высокой плотностью регулируемых объектов - перекрестков; Светофорные объекты - 2,5; нерегулируемые перекрестки -1,5; нерегулируемые переходы -6,5; примыкания-4 0,68 1,76 2,83 1,01 4,16 3,15

8 Улицы с регулируемыми и нерегулируемыми перекрестками и переходами и высокой плотностью примыканий; Светофорные объекты - 2,5; нерегулируемые перекрестки -3,6; нерегулируемые переходы -6,5; примыкания--9-15 1,20 1,56 1,91 1,28 2,90 3,63

9 Улицы с малой плотностью регулируемых и нерегулируемых перекрёстков и высокой плотностью примыканий; Светофорные объекты - 1,5; нерегулируемые перекрестки -1,5; нерегулируемые переходы -4,5; примыкание улиц - 9-14 1,14 1,43 1,72 1,58 2,70 3,76

10 Улицы с высокой плотностью нерегулируемых пересечений, переходов и примыканий; Светофорные объекты - 1,5; нерегулируемые перекрестки - 4,5; нерегулируемые переходы - 6,5; примыкания -8 1,22 1,40 1,58 1,44 5,40 9,42

Рис. 4. Классификация улиц по условиям движения потоков транспортных средств

(на примере г. Иркутска)

На основе данных табл. 5 получены уравнения регрессии как зависимости параметров Тт и п от линейной плотности размещения (на 1 км): X/ - светофорных объектов; Х2 - нерегулируемых перекрестков; Хз — нерегулируемых переходов; х4 — примыканий улиц и местных проездов:

Тт =0,889+0,321*, +0,226х, +0,817дг3 -0,520*4; (11) « = 0,910 + 0,451*, + 0,130л:2 + 0,362*з. (12)

Далее на основе значений параметров Тт и п, полученных в разные часы суток для 10-ти классов улиц (табл. 5), проведен анализ зависимости показателя Т от уровня загрузки. Уровень загрузки определялся для перегонов улиц и дорог с использованием формулы:

2 = ^{Р-п), (13)

где N - интенсивность, авт./ч; Р — пропускная способность полосы, авт./ч; п - число полос для движения на рассматриваемом перегоне улицы или дороги.

При этом пропускная способность полосы движения Р рассчитывалась по упрощенной динамической модели.

Закономерен вывод, что те классы улиц, у которых наблюдается наибольшая разница между максимальным и минимальным значениями параметра п, более других реагируют на увеличение загрузки. При этом полученные классы улиц (табл. 5) по степени влияния их загрузки дорожным движением на темп движения Т можно классифицировать следующим образом:

• не реагирующие на увеличение загрузки УДС (1,2 классы) - п = 0;

• имеющие слабую реакцию (5 класс) - п = 1,22;

• имеющие умеренную реакцию (6, 8, 9 классы) — п = 2,50-2,90;

• имеющие сильную реакцию (3,7 классы) - п = 3,70—4,90;

• имеющие максимальную реакцию (4,10 классы) - п = 5,40-7,01.

Кроме того, для каждого класса улиц получены нелинейные регрессионные модели зависимости темпа движения Т от уровня загрузки 2 (табл. 6).

Таблица б

Уравнения регрессии_

Класс улицы Уравнение регрессии Коэффициент корреляции, R

1 Т = 1,493 • ехр(0,4062) 0,710

2 Т = 1,335 -ехр(0,4672) 0,748

3 Г = 1,116 • ехр(0,8672) 0,760

4 Т = 1,235 • ехр(0,6122) 0,711

5 Г = 1,132 • ехр(5,1312) 0,938

6 Т = 1,164 -ехр(0,3892) 0,801

7 Т = 1,029 -ехр(2,5332) 0,714

8 Т -1,589 • ехр(2,0692) 0,717

9 Т = 1,239-ехр(1,0692) 0,784

10 Г = 1,114 • ехр(1,7572) 0,812

Классификация условий движения для различных категорий городских улиц и дорог на основе параметров критерия Германа-Пригожина позволяет прогнозировать скорости и затраты времени передвижения на заданном участке УДС. Следовательно, полученные зависимости Т от уровня загрузки улицы Z (табл. 6) могут использоваться муниципальными органами и проектными организациями, занимающимися вопросами ОДД:

• для детальной оценки условий движения и качества ОДД с использованием навигационного оборудования автомобилей (систем GPS и ГЛОНАСС);

• для верификации результатов микро- и макромоделирования транспортных и пассажирских потоков при выполнении следующих проектов: комплексные транспортные схемы, комплексные схемы организации дорожного движения; проекты организации движения.

Проведенные исследования показали, что критерий Германа-Пригожина чувствителен к таким характеристикам, как показатели линейной плотности размещения (на 1 км): светофорных объектов; нерегулируемых перекрестков; нерегулируемых переходов; примыканий улиц и местных проездов. Таким образом, получен достаточно детализированный инструмент оценки условий дорожного движения в городах, позволяющий учитывать влияние многих характеристик УДС.

Анализ уровня качества ОДД на основе применения критерия Германа-Пригожина в условиях городских УДС значительно уменьшает трудоемкость процесса оценки по сравнению с другими методами, основанными на замерах интенсивности движения. При проведении обследования УДС с применением параметров модели Германа-Пригожина основной сбор информации выполняется с использованием GPS-навигаторов, а не с помощью достаточно трудоемких обследований и выполнения вычислительных операций (расчет задержек на перекрестках и затрат времени движения на перегонах). Для обоснования выгодности применения критерия Германа-Пригожина по сравнению с существующими методами оценки качества ОДД выполнен технико-экономический анализ, который показал, что в условиях больших и средних городов на участке УДС протяжённостью 10 км, экономический эффект составляет около 5 тысяч рублей в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально получены значения параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина (Г - удельные затраты времени, мин/км; Тг - удельные затраты времени в движении, мин/км; Ts - удельные затраты времени от задержек, мин/км) для максимально широкого диапазона условий дорожного движения транспортных потоков на УДС городов. Исследованием охвачены улицы следующих технических категорий: магистральные улицы районного значения, магистральные улицы городского значения регулируемого движения; городские скоростные дороги.

Полученные репрезентативные данные позволяют научно обосновать применение GPS и ГЛОНАСС-треков, поступающих с навигационного оборудования транспортных средств, для оценки качества организации дорожного движения и осуществления управления движением потоков транспортных средств.

2. Разработанная научно обоснованная классификация критерия темп движения Т значительно повышает точность и достоверность экспрессной оценки качества организации дорожного движения, а также эффективность оперативного управления движением потоков транспортных средств.

Классификация значений критерия темп движения Т построена на основе квартилей его распределения:

• отличные условия движения — Т< 1,5 мин/км;

• хорошие условия движения — 1,5 мин/км < Т< 3,2 мин/км;

• удовлетворительные условия движения - 3,2 мин/км < Т< 4,0 мин/км;

• неудовлетворительные условия движения - Т> 4,0 мин/км.

Градацию значений показателя темп движения Т предлагается использовать в оперативном управлении дорожным движением для экспрессной оценки условий движения по УДС на основе использования данных GPS и ГЛОНАСС-треков, поступающих в режиме реального времени.

3. Разработанная детальная классификация городских улиц и дорог на основе параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина, позволяет прогнозировать скорости сообщения и затраты времени на передвижение на любом заданном участке УДС.

Классификация построена с применением кластерного анализа экспериментально установленных значений параметров Т, Тг и Ts. В результате получены десять классов улиц и дорог, при этом для каждого из них:

• установлены вариационные размахи значений показателей Тт и п;

• получена регрессионная зависимость темпа движения Т от уровня загрузки улицы Z.

По степени влияния уровня загрузки дорожным движением Z на темп движения Г улицы и дороги предлагается классифицировать следующим образом:

• не реагирующие на увеличение загрузки УДС (1,2 классы) - п = 0;

• имеющие слабую реакцию (5 класс) - п = 1,22;

• имеющие умеренную реакцию (6, 8, 9 классы) - п = 2,50-2,90;

• имеющие сильную реакцию (3,7 классы) - п = 3,70-4,90;

• имеющие максимальную реакцию (4,10 классы) - п = 5,40—7,01.

Полученные в настоящей работе зависимости Т от уровня загрузки улицы Z могут использоваться:

• для детальной оценки условий движения и качества организации движения с использованием навигационного оборудования автомобилей (систем GPS и ГЛО-НАСС);

• для верификации результатов микро- и макромоделирования транспортных и пассажирских потоков при выполнении проектов таких, как: комплексные транспортные схемы; комплексные схемы организации дорожного движения; проекты организации движения.

4. Выполненные экспериментальная проверка и технико-экономический анализ эффективности применения критерия Германа-Пригожина по сравнению с другими существующими методами оценки качества ОДД показали, что за счет снижения трудоемкости выполнения оценки условий дорожного движения на УДС больших и средних городов, экономический эффект достигает 5 тысяч рублей в год в расчете на участок УДС протяженностью 10 км, что дает значительный социальный эффект.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах

- публикации, входящие в «перечень ведущих рецензируемых научных

журналов и изданий»:

1. Румянцев, Е.А. Изучение состояния городской транспортной системы в критических ситуациях на примере модели с «плавающим» автомобилем / Е.А. Румянцев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - ИрГУПС, 2012. - № 2 (34). - С. 159-162.

2. Румянцев, Е.А. Необходимость разработки оценок уровня организации дорожного движения / Е.А. Румянцев, А.Ф. Драгунов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - ИрГУПС, 2012. - № 2 (34). - С. 227-229.

3. Румянцев, Е.А. Совершенствование методов оценки условий движения транспортных потоков на городской улично-дорожной сети / Е.А. Румянцев // Вестник ИрГТУ. - 2012. - №9 (68). - С. 148-152.

4. Румянцев, Е.А. Анализ состояния улично-дорожной сети г. Иркутска на основе критерия Германа-Пригожина / Е.А. Румянцев // Вестник ИрГТУ. - 2012. - № 10 (69). - С.164-168.

- публикации в других научных изданиях:

5. Румянцев, Е.А. Проблемы пассажирских перевозок как социально-значимых / Е.А. Румянцев, А.Ф. Драгунов // Сб. науч. тр. молодых ученых и студентов. - Ч. 2. -Ангарск: АГТА, 2009. - С. 65-66.

6. Румянцев, Е.А. Перспективные вопросы развития транспортной сети в Иркутской области / Е.А. Румянцев, А.Ф. Драгунов, П.К. Ляпустин // Современные технологии и научно-технический прогресс : тез. докл. межвуз. науч.-техн. конф. - Ангарск: АГТА, 2010. - С. 34.

7. Румянцев, Е.А. Об эффективности критериев для оценки условий движения транспортных потоков / Е.А. Румянцев, А.Ю. Михайлов // Сб. докл. девятой междунар. конф. Организация безопасности дорожного движения. - Санкт-Петербург, сент. 2010.-С. 121-123.

8. Румянцев, Е.А. Прикладное применение модели Германа-Пригожина для системного анализа состояния улично-дорожной сети в городах Иркутск, Ангарск / Е.А. Румянцев, А.Ф. Драгунов // Проблемы и перспективы развития евроазиатских транспортных систем: мат-лы III междунар. науч.-практ. конф. - Челябинск: ИЦЮУрГУ, 2011. - С. 201-206.

9. Румянцев, Е.А. Оценка условий движения в городских условиях на основе критерия Германа-Пригожина / Е.А. Румянцев // Сб. науч. тр. молодых ученых и студентов. — Ангарск: АГТА, 2012. - С. 165-172.

Ю.Румянцев, Е.А. Совершенствование методов оценки распределения транспортных потоков на автомобильных магистральных дорогах / Е.А. Румянцев // Сб. науч. тр. молодых ученых и студентов. - Ангарск: АГТА, 2012. - С. 161-164.

П.Румянцев, Е.А. Формирование оценки уровня обслуживания транспортных потоков на перегонах дорог и улиц / Е.А. Румянцев, А.Ф. Драгунов, П.К. Ляпустин // Сб. науч. тр. Всерос. 66-й науч.-практ. конф. - Омск: ИЦСибАДИ, окт. 2012. - № 5.-С. 73-77.

12. Румянцев, Е.А. Оценка условий дорожного движения на основе критерия Германа-Пригожина / Е.А. Румянцев // Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и мо-

лодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». - Новосибирск: ИЦ НГТУ, нояб. О 2012. - С.321-325.

13. Румянцев, Е.А. Экспертная, оперативная оценка условий движения по улично-дорожной сети в крупных городах / Е.А. Румянцев // Мат-лы 2 междунар. науч.-техн. конф. «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса». -Новокузнецк, нояб.-дек. 2012. - С.189-191.

Подписано в печать 24.05.2013. Формат 60 х 90 / 16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 74. Поз. плана Юн.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВТОМОБИЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.22.10 - «Эксплуатация автомобильного транспорта»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Михайлов Александр Юрьевич

Иркутск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ПРАКТИКИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ.....................................................10

1.1. Задачи организации дорожного движения на современном этапе.........10

1.2. Классификация критериев оценки качества организации движения.....11

1.3. Частные критерии оценки качества организации дорожного движения 16

1.4. Интегральные критерии оценки качества организации движения.........25

1.5. Возможность применения двухжидкостной модели транспортного потока.....................................................................................................................32

1.6. Выводы по главе 1..........................................................................................34

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ КРИТЕРИЯ ГЕРМАНА-ПРИГОЖИНА.............................................................36

2.1. Двухжидкостная модель Германа-Пригожина...........................................36

2.2. Параметры в составе модели модели Германа-Пригожина......................37

2.3. Возможности использования модели Германа-Пригожина для оценки УДС.........................................................................................................................42

2.4. Использование модели Германа-Пригожина для оценки поведения водителей...............................................................................................................48

2.5. Использование модели Германа-Пригожина для оценки влияния отдельных характеристик улично-дорожной сети............................................50

2.6. Использование модели Германа-Пригожина при моделировании дорожного движения.............................................................................................53

2.7. Взаимосвязь модели Германа-Пригожина с основной диаграммой транспортного потока...........................................................................................55

2.8. Выводы по главе 2..........................................................................................56

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ НА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ................................................................................................58

3.1. Особенности спутникового мониторинга автомобильного транспорта ..58

3.2. Программное обеспечение к GPS приборам спутникового мониторинга

автомобильного транспорта.................................................................................63

3.3. Комплекс спутникового мониторинга «АвтоГРАФ».................................65

3.4. Методика проведения эксперимента с применением навигационного оборудования.........................................................................................................67

3.5. Обработка экспериментальных данных.......................................................71

3.6. Методика подготовки данных для статистического анализа....................73

3.7. Выводы по главе 3..........................................................................................81

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ КРИТЕРИЯ ГЕРМАНА-ПРИГОЖИНА..................................................................................82

4.1. Основные характеристики экспериментальных данных.........................82

4.2. Разработка оценочной градации критерия темп движения.....................84

4.3. Классификация городских улиц и дорог на основе параметров модели Германа-Пригожина и планировочных характеристик....................................87

4.4. Зависимости темпа движения от уровня загрузки....................................104

4.5. Выводы по главе 4........................................................................................116

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ...............................................119

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................122

ПРИЛОЖЕНИЕ А...............................................................................................136

Введение

Актуальность исследования. Рост уровня автомобилизации сопровождается усложнением условии дорожного движения в городах Российской Федерации, т. е. ростом задержек транспортных средств, снижением скорости сообщения и возникновением транспортных заторов. Поэтому совершенствование организации дорожного движения (ОДД) становится одной из важнейших задач эффективного развития автомобильного транспорта, обеспечения его работоспособности, дорожной и экологической безопасности.

Развитие технических средств мониторинга транспортных потоков создает предпосылки для управления дорожным движением в режиме реального времени. Следовательно, в современных условиях особый интерес представляют критерии оценки качества ОДД, основанные на данных мониторинга текущего состояния транспортных потоков. К их числу относится критерий Германа-Пригожина, учитывающий две составляющие удельных затрат времени на поездку: затраты времени в движении и затраты времени, связанные с задержками (простоем). Эти две составляющие чутко реагируют на воздействие многочисленных факторов, влияющих на состояние транспортного потока. Особая ценность рассматриваемого критерия - возможность применения его при обработке данных (GPS и ГЛОНАСС-треков), поступающих с навигационного оборудования транспортных средств. При этом применимы следующие источники данных и их сочетания: специализированные подвижные лаборатории, осуществляющие сбор информации о состоянии транспортных потоков; подвижной состав общественного пассажирского транспорта, оборудованный навигационными системами; данные, предоставляемые водителями-волонтерами, автомобили которых имеют навигационные системы.

Практическое использование критерия Германа-Пригожина невозможно из-за отсутствия оценочной градации его значений, разработанной с учетом максимально широкого спектра условий движения транспортных потоков на всех существующих технических категориях городских улиц и дорог.

В этой связи особую актуальность приобретает необходимость исследования по установлению:

• диапазонов вариации параметров, входящих в состав двухжидкостной модели транспортного потока Германа-Пригожина;

• зависимостей между характеристиками улично-дорожной сети (УДС), дорожными условиями и параметрами модели Германа-Пригожина.

Разработка градации критерия Германа-Пригожина позволит использовать навигационные системы транспортных средств для оценки качества ОДД и тем самым повысить эффективность оперативного управления дорожным движением.

Основная идея работы - использование данных, поступающих с навигационного оборудования транспортных средств, позволяет снижать трудоемкость и стоимость оценки качества организации дорожного движения и позволяет осуществлять его оперативную оценку в режиме реального времени.

Целью работы является повышение качества ОДД, в том числе оперативного управления транспортными потоками в режиме реального времени на основе использования данных, поступающих с навигационного оборудования транспортных средств.

Объект исследования - процесс движения транспортных потоков на улично-дорожной сети города и их мониторинга с использованием навигационных систем транспортных средств.

Предмет исследования - зависимости, характеризующие влияние условий движения транспортных потоков на значения параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина.

Сформулированная цель работы потребовала решения следующих задач:

• экспериментально получить репрезентативные выборки значении параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина (удельных затрат времени, удельных затрат времени в движении, удельных затрат времени от задержек), для максимально широкого диапазона условий дорожного движения транспортных потоков на улично-дорожных сетях городов;

• разработать научно обоснованную классификацию критерия темп движения Т для экспрессной оценки качества организации дорожного движения и оперативного управления движением потоков транспортных средств;

• разработать детальную классификацию городских улиц и дорог на основе параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина;

• выполнить экспериментальную проверку и технико-экономическую оценку эффективности применения модели Германа-Пригожина для определения качества организации движения в условиях улично-дорожной сети больших и средних городов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены репрезентативными объемами выборок исследуемых параметров транспортных потоков, выбором моделей расчета критериев оценки организации дорожного движения и задержек, соответствующих установленным характеристикам транспортных потоков, верификацией результатов экспериментов общепринятыми статистическими критериями, использованием пакетов статистической обработки данных.

Результаты данной работы согласуются и не противоречат ранее проведенным исследованиям.

Научная новизна:

• установлены значения параметров, входящих в состав модели Германа-Пригожина для широкого диапазона условий движения на улично-дорожных сетях городов;

• разработана научно обоснованная классификация условий движения по УДС на основе критерия темп движения Т;

• разработана детальная классификация городских улиц и дорог на основе оценки реакции параметров модели Германа-Пригожина на показатель уровень загрузки.

Практическая ценность работы:

• разработанная классификация условий движения по улично-дорожной сети на основе критерия темп движения Т может использоваться муниципальными органами, занимающимися вопросами организации дорожного движения, для экспрессной оценки качества организации дорожного движения на базе данных GPS и ГЛОНАСС-треков, а также использоваться водителями, транспортные средства которых оборудованы навигационными системами;

• разработанная классификация городских улиц и дорог на основе параметров модели Германа-Пригожина и полученные зависимости критерия темп движения Т от уровня загрузки могут использоваться муниципальными органами и проектными организациями, занимающимися вопросами организации дорожного движения для прогнозирования скорости движения, для верификации результатов микро- и макромоделирования транспортных и пассажирских потоков при выполнении следующих проектов: комплексных транспортных схем; комплексных схем организации дорожного движения; организации движения.

Научные положения, выносимые на защиту:

• использование данных GPS и ГЛОНАСС-треков навигационного оборудования транспортных средств позволяет осуществлять оценку и контроль качества организации дорожного движения в режиме реального времени и при этом значительно снижать их трудоемкость;

• разработанная и научно обоснованная классификация значений критерия темп движения Т позволяет значительно повысить точность и достоверность экспрессной оценки качества организации дорожного движения, а также эффективность оперативного управления движением потоков транспортных средств;

• разработанная на основе параметров модели Германа-Прпгожина детальная классификация городских улиц и дорог позволяет при проектировании организации дорожного движения прогнозировать скорость сообщения на любом заданном участке улично-дорожной сети.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования были представлены в научных докладах и выступлениях: межвузовские научно-технические конференции «Современные технологии и научно-технический прогресс» (г. Ангарск, 2009-2010 гг.); IX Международная конференция «Организация безопасности дорожного движения» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); III Международная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития евроазиатских транспортных систем» (г. Челябинск, 2011 г.); Международный конгресс, посвященный 180-летию СПбГАСУ «Наука и инновации в современном строительстве - 2012» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.); Всероссийская 66-я научно-практическая конференция «Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования - основа модернизации и инновации развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России» (г. Омск, 2012 г.); II Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития и

безопасность автотранспортного комплекса» (г. Новокузнецк, 2012 г.); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2012 г.).

Реализация работы. Результаты исследований приняты к внедрению в AHO «Институт Проблем безопасности движения» для подготовки новой редакции текста ОДМ «Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог».

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 13 печатных работ, в т. ч. 4 печатные работы в изданиях, утвержденных ВАК Минобразования РФ для кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 121 страницу машинописного текста, которая включает 47 рисунков , 36 таблиц и приложение - 58 страниц. Библиография содержит 160 наименований, в том числе 80 источников на иностранном языке.

Глава 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ПРАКТИКИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ

1.1. Задачи организации дорожного движения на современном этапе

Рост уровня автомобилизации, создавая важные предпосылки в развитии экономики и общества, без соответствующего развития транспортной инфраструктуры порождает ряд серьезных проблем в области дорожного движения, имеющих далеко идущие социальные и экономические последствия [70; 71; 72; 73; 74; 75; 76].

Эти проблемы имеют общую причину - несоответствие стабильного роста объемов движения низким темпам увеличения пропускной способности дорожных сетей, что ведет к перегруженности существующей дорожной инфраструктуры, и, как следствие, к регулярным и повсеместным нарушениям нормального движения транспортных потоков, образованию локальных и сетевых заторов.

Основные задачи при решении проблем организации дорожного движения (ОДД) в городах:

• увеличение пропускной способности УДС;

• мониторинг состояния ОДД и прогнозирование и предотвращение образования заторов на основе этого мониторинга;

• внедрение информационных технологий в систему организации дорожного движения - информирование водителей транспортных средств;

• устранение системных сбоев в дорожном движении, которые приводят к целому ряду социально-экономических последствий.

Эффективное решение любой из перечисленных выше задач требует соответствующих им критериев качества ОДД, на основе которых выполняется оценка того, насколько эффективно выполнено решение той или иной задачи. Таким образом, критерии оценки являются важной и

необходимой составляющей процесса управления дорожного движения [27; 28; 43; 65; 82; 85].

1.2. Классификация критериев оценки качества организации движения

Необходимо отметить значительное количество исследовательских работ в данной области, разнородность их целевых установок и подхода к решению поставленных задач и, как следствие этого, трудность их обобщения и систематизации [11; 32; 54; 59; 61; 62; 83; 84; 101; 102; 107; 108; 114; 122; 127; 130]. Поэтому приведенная ниже классификация основных направлений исследований является условной.

Работы в области оценки качества ОДД можно разделить на две группы (табл. 1.1).

Исследования, отнесенные к первой группе, предполагают применение отдельных частных показателей. По мнению их авторов наличие комплекса целей делает практически невозможным создание единого универсального критерия эффективности решения всех задач управления, так как формализация взаимосвязей хотя бы части параметров и объединение их в обобщенный показатель трудновыполнимы [154].

В таких работах выбор того или иного отдельного показателя зависит от характера конкретной задачи. Как отмечается [154], на выбор оценочного критерия влияют и субъективные факторы. Наиболее часто используемыми показателями являются: величина средней задержки транспорта, длина очереди перед перекрестком, степень использования пропускной способности.

При использовании частных критериев неизбежно возникает вопрос, каким показателям и в каких случаях можно отдать предпочтение. Найти однозначный ответ трудно. Однако с достаточной степенью определенности

можно говорить о том, что значительная часть специалистов отдает предпочтение величине средней задержки транспортных средств как наиболее объективному показателю качества организации и управления движением.

Таблица 1.1

Критерии оценки качества организации движения

Критерии оценки качества организации движения

Частные показатели Интегральные показатели

Показатели, основанн