автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Совершенствование системы управления содержанием улично-дорожной сети урбанизированных территорий в зимний период

УДК 51-7(04)/656.052

" На правах рукописи

, Л' ' '

Дягелев Михаил Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕМ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИИ В

ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(в науке и технике)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

I -1 КОП ¿013

Ижевск 2013 005537729

005537729

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Исаков Виталий Германович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,профессор

Карлов Александр Иванович (ИПМ УрО РАН, г. Ижевск)

доктор технических наук, профессор

Баранчик Виталий Павлович

(ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, г. Ижевск)

Ведущая организация:

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ, г. Омск)

Защита состоится «12» декабря 2013 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.065.06 при ФГБОУ ВПО «Ижевском государственном техническом университете имени М.Т. Калашникова» по адресу: 426069 г. Ижевск, ул.Студенческая, д. 7.

'Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью^ в двух экземплярах просим направлять по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ФГБОУ ВПО ИжГТУ имени М.Т. Калашникова: www.istu.ru

Автореферат разослан «06» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.065.06 кандидат технических наук, доцент

Актуальность работы. Современный уровень автомобилизации России (почти 250 автомобилей на 1000 человек) и рост интенсивности движения на улично-дорожной сети (УДС) городов приводит к повышению требований к условиям эксплуатации УДС: непрерывность и безопасность движения, комфортная скорость движения, отсутствие транспортных заторов. Сильнее всего эти требования возрастают в зимний период, когда выпадение снега или образование зимней скользкости приводит к снижению средней скорости транспортного потока, увеличению числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП), что в свою очередь способствует образованию больших транспортных заторов. Поиск путей сокращения времени уборки и расходования ресурсов для содержания УДС в зимнее время приводят к необходимости разработки научно-методических основ в процессах управления зимним содержанием УДС. Данные направления исследования являются актуальными для большинства городов России.

Степень разработанности работы. Вопросами зимнего содержания УДС занимались и занимаются в Федеральном дорожном агентстве, Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ), Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ), Могилевском государственном техническом университете, Ивановском государственном архитектурно-строительном университете, Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова, Вологодском государственном техническом университете, Ростовском государственном строительном университете («ДорТрансНИИ РГСУ»), ЗАО ВНИИ «СтройДорМаш», ФГУП «РОСДОРНИИ», ОАО «СОЮЗДОРНИИ», Воронежском государственном архитектурно-сгроительном университете, Саратовском государственном техническом университете имени Ю.А. Гагарина, Иркутском государственном техническом университете - «Транспортная лаборатория», ОАО «МосводоканалНИИпроект», и в других организациях. Известны работы ученых и специалистов Германии, Канады, Финляндии, США, стран Скандинавии и др.

Исследования, проводимые в области зимнего содержания УДС, можно разделить на два направления:

1. Повышение эффективности работ по зимнему содержанию УДС (Баранчик В .П., Пуртов А.Р., Беляков В.В., Соколов A.M., Ганжа В.А., Подольский В.П., Самодурова Т.В., Федорова Ю.В., Загребина Т.А., Дроган В.В., Хавдожко JI.A., Коршунов A.A., Фокичева A.A., Козлов В.Н., Акселевич В.И., Мазуров Г.И.);

2. Снижение негативной нагрузки на окружающую среду (Корецкий В.Е., Ухин Д.В., Храменков C.B., Пупырев Е.И., Сергеев А.П., Зарина Л.М., Коровина Е.В., Тюпаков C.B., Райгородская B.C., Воронов Ю.В., Дерюшев Л.Г., Рябова О.В., Павлов Г.И., Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф., Орлова В.Т., Авдюшкина Л.И., Быков A.B., Данилов В.П., Ачкеева М.В., Морозов И.В., Романюк Н.В., Тагулов Б.Э., Ушков В.А.).

Следует заметить, что большинство данных работ направлено на сокращения времени уборки снега и ликвидации зимней скользкости, повышение безопасности дорожного движения (БДД), поэтому управление зимним содержанием УДС с позиций системного анализа является не только актуальным, но и новым направлением исследований, которое позволяет оптимизировать процессы управления зимним содержанием УДС на всех фазах уборки.

Целью работы является разработка системы принятия решений в управлении процессами зимнего содержания УДС урбанизированных территории для повышения пропускной способности, безопасности движения на УДС. экологической безопасности, снижение трудоемкости и энергоемкости. Для достижения цели сформулированы и решены следующие задачи:

1 Анализ проблем зимнего содержания УДС для выбора критериев эффективности управления процессами, с точки зрения повышения пропускной способности, безопасности дорожного движения, снижения негативного воздействия на окружающую среду, трудоемкости и энергоемкости; _

2 Разработка графической модели дерева происшествии для оценки безопасности дорожного движения на основе имеющейся статистики дорожно-

транспортных происшествий;

3. Разработка математической модели проведения работ по зимнему содержанию УДС, учитывающая нормативные требования;

4 Разработка алгоритма решения логистической задачи управления зимним содержанием УДС при проведении работ, согласно критериям эффективности и

нормативным требованиям; ' 5 Количественная оценка эколого-экономической эффективности модели

управления процессами зимнего содержания УДС.

Объект исследования - улично-дорожная сеть урбанизированных территории. Предмет исследования - процессы управления зимним содержанием улично-дорожной сети урбанизированных территорий. Научная новизна полученных результатов:

1 Впервые предложена система критериев эффективности зимнею содержания УДС, комплексно учитывающая экологические показатели, ЬДЦ, пропускную способность, трудоемкость и энергоемкость;

2 На основе разработанной' системы критериев построена графическая модель дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения, с использованием статистики ДТП для населенных пунктов, отличающаяся тем, что моделирует вероятность возникновения ДТП по сопутствующим условиям;

3 Разработана математическая модель процессов зимнего содержания УДС впервые учитывающая количество полос обслуживаемых улиц, количество снегоуборочной техники, нормативные требования по расходу реагентов и времени

проведения работ; т,

4 Впервые разработан и доведен до практического использования алгоритм

решения задач логистического управления работами по зимнему содержанию УДС, учитывающий особенности организации дорожного движения, приоритетность уборки улиц согласно предложенной системе критериев. Теоретическая и практическая значимость:

Разработанные математическая модель и алгоритм решения задачи управления зимним содержанием улично-дорожной сети являются вкладом в математический инструментарий логистического управления сложными, многоуровневыми

организационными системами;

Предложенная система критериев эффективности процессов зимнего содержания УДС может быть использована для оценки качества зимнего

содержания муниципальными органами управления и службами городского хозяйства.

Математическая модель проведения работ и алгоритм решения логистических задач управления процессами зимнего содержания УДС могут быть использованы в работе служб городского и дорожного хозяйства:

Результаты количественной оценки эколого-экономической эффективности модели управления зимним содержанием УДС могут быть использованы в учебном процессе по специальности «Геоэкология» и смежным специальностям для оценки и расчета нагрузки на окружающую среду.

Методы исследования. Анализ результатов обзора научной литературы по тематике исследования и патентного поиска; построение рабочих гипотез и их проверка; оценка достоверности полученных результатов. В решении задач исследования использовались методы системного и статистического анализа: метод анализа иерархий, теория графов, метод Парето, АВС-анализ, общий логико-вероятностный метод для графического метода расчета, алгоритм решения логистической задачи.

Положения, выносимые на защиту:

1. Система критериев эффективности проведения работ по зимнему содержанию УДС;

2. Графическая модель дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения на основе имеющейся статистики ДТП:

3. Математическая модель проведения работ по зимнему содержанию УДС при выпадении снега и/или образовании зимней скользкости;

4. Алгоритм решения логистической задачи управления процессами зимнего содержания УДС;

5. Результаты количественной оценки эколого-экономической эффективности модели управления зимним содержанием УДС.

Достоверность результатов работы основана на воспроизводимости результатов исследования в различных условиях, а также сходимостью авторских данных и данных, полученных ранее по рассматриваемой тематике, качественное совпадение авторских результатов с результатами, представленными в независимых источниках. Теоретическая часть исследования построена на известных и проверяемых данных и согласуется с опубликованными данными. Идеи базируются на анализе практики, обобщении передового опыта.

Апробация работы. Основные положения работы, полученные результаты исследований докладывались и обсуждались на: Четвертой Международной научно-практической конференции «Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России» (г.Новокузнецк, 2012); Научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАН C.B. Яковлева - «Яковлевские чтения» (г. Москва, 2012); XVIII Российской студенческой научно-практической конференции «Экологические, экономические, социальные и правовые аспекты устойчивого развития» (г. Екатеринбург, 2012); Научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые - к ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (г.Ижевск, 2011, 2013); Круглом столе «Проблемы и управление экологической безопасностью урбанизированных территорий» (г. Ижевск, 2012).

Личный вклад автора состоит в включенном участии на всех этапах процесса постановки и реализации задач исследования, подготовке основных публикаций по выполненной работе. Проведены теоретические исследования по оценке пропускной способности УДС в зимнее время, моделированию безопасности дорожного движения, по состалению транспортных маршрутов, сделан анализ и проведена обработка полученных данных, сформулированы основные выводы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них: 4 статьи в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК РФ, 11 - в сборниках научных трудов и материалах Международных и Всероссийских научно-

технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического списка и приложений. Объем диссертации составляет 137 страниц, включая 15 рисунков, 37 таблиц, списка литературы из 145 наименований и 3 листов приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость результатов. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен аналитический обзор вопросов зимнего содержания УДС урбанизированных территорий, которое является сложной и многоаспектной системой, поэтому для оценки эффективности управления процессами зимнего содержания была предложена система критериев и алгоритм решения задач зимнего содержания, согласно заданным критериям (рисунок 1).

Управление зимним содержанием УДС

Повышение пропускной способности УДС в зимнее время — 1 1 1 1 1 1 Математическая модель управления зимним содержанием —

Повышение безопасности дорожного 1 1 1 1 - Алгоритм решения задачи Н

движения 1 1 +

1 1 Определение приоритетности уборки улиц

Снижение экологической нагрузки 1 1 1 | —

на окружающую среду | |

- Снижение трудо- и энергоемкости процессов зимнего содержания УДС 1 1 1 1 1 1 Построение маршрутов, определение технических и нормативных ограничений для проведения работ

--------у................\.........

Оценка эффективности работ по ЗС УДС +

Блок принятия решений Рисунок 1 - Блок-схема системы поддержки принятия решений при управлении процессами зимнего содержания УДС

Зимнее содержание организуется по принципу приоритета: в первую очередь мероприятия проводятся на дорогах с постоянным движением общественного и маршрутного транспорта. Для оценки эффективности проведения работ на дорогах была разработана система критериев (таблица 1).

Таблица 1 - Система критериев эффективности зимнего содержания УДС

Критерии оценки Семантическое значение критериев

Зимнее содержание УДС с точки зрения безопасности дорожного движения/ Зимнее содержание УДС с точки зрения повышения пропускной способности 1. Ширина чистой от снега и льда поверхности дороги; 2. Толщина слоя рыхлого снега на поверхности дороги, накапливающегося с момента от начала снегопада или метели до начала снегоочистки и в перерывах между проходами снегоочистительных машин; 3. Толщина уплотнённого слоя снега (снежного наката) на проезжей части и обочинах; 4. Сроки окончания очистки дороги от снега и ликвидации зимней скользкости

Зимнее содержание УДС с точки зрения снижения экологической нагрузки на ОС 1. Уменьшить время нахождения дороги в неблагоприятном для условий движения состоянии; 2. Уменьшить количество противогололедных материалов загрязняющих придорожную полосу.

Зимнее содержание УДС с точки зрения снижения энерго- и трудозатрат 1. Уменьшить количество используемой техники; 2. Уменьшить количество и стоимость реагентов.

Вторая глава посвящена оценке факторов, влияющих на пропускную способность УДС в зимнее время и оценке безопасности дорожного движения.

На основе метода анализа иерархий (МАИ) была проведена оценка значимости факторов, влияющих на пропускную способность в зимнее время (рисунок 2) на примере трех магистральных улиц г. Ижевска и экспертных данных по каждой улице.

Цель

Пропускная способность проезжей части

Параметр

Альтернатива

Характерист

ика проезжей

части:

-ширина

проезжей

части

•расход

лротнвоголол

едкых

реагентов

Транспортные

факторы:

-интенсивность

транспортного

потока

•средняя

скорость

движения

-плотность

потока

Общественный транспорт: -виды общественного транспорта

-количество маршрутов

-интенсивность

движения

-среднее количество перевозимых пассажиров »

Утилизация

снежных

масс:

•среднее

плечо

перевозки

•количество

исправной

снегоуборочн

ой техники

УлицаА

Улица Б

УлицаВ

Рисунок 2 - Факторы, оказывающие влияние на пропускную способность УДС

Анализ результатов расчета показал адекватность применения МАИ для оценки пропускной способности УДС по нескольким факторам и определил приоритетности улиц для выполнения работ по зимнему содержанию.

Следует заметить, что между пропускной способностью и безопасностью дорожного движения существует зависимость, выявленная ещё Васильевым А.П. (рисунок 3), поэтому при совершенствовании системы управления зимним содержанием УДС должен решаться такой вопрос, как прогнозирование безопасности дорожного движения. Для этого была построена модель на основе логико-вероятностной теории и метода графов (с использованием имеющейся статистики аварий в г. Ижевске), которая позволяет оценивать и прогнозировать вероятность возникновения ДТП.

/ *** Ч \ \

.... р / ....-.....¿1

5а 1 Р / / г *

'¡И

* 0,3 6.4 М Л» 2

Рисунок 3 - Изменение аварийности с ростом загрузки дорог

В качестве граф-модели было использовано дерево происшествий с логическими связями ветвей. Для построения модели дерева происшествий использовались статистические данные о количестве и причинах возникновения ДТП в г. Ижевске в течение 2008-2011 гг.. Сопутствующие дорожные условия были разделены на несколько групп (таблица 2). Согласно таблице 2, дерево происшествий будет иметь пять ветвей, соединенные логическими связями (рисунок 3).

Таблица 2 - Статистика ДТП по условиям возникновения

№ п/п Всего ДТП в г.Ижевске 2008 2009 2010 № п/п Всего ДТП в г.Ижевске 2008 2009 2010

735 684 722 735 684 722

ДТП по дням недели По часам (в течение суток)

1 Понедельник 105 101 104 30 22-23 39 32 25

2 Вторник 109 94 94 31 23-00 40 22 20

3 Среда 125 90 112 По состоянию проезжей части

4 Четверг 101 99 109 32 Сухое 455 437 461

5 Пятница 120 132 124 33 Мокрое 165 115 112

6 Суббота 94 97 106 34 Загрязненное 5 1 2

7 Воскресенье 81 71 73 35 Свежеуложенная поверхность, обработанная 2 1 1

По часам (в течение суток)

8 004)1 24 25 20 36 Заснеженное 40 61 42

9 01-02 23 18 21 37 Гололедица 20 19 11

10 02-03 21 17 16 38 Обработано ПГР 33 34 55

11 03-04 10 16 15 39 Со снежным накатом 15 16 38

12 04-05 . 16 9 9 По состоянию югоды

13 05-06 9 6 9 40 Ясно 405 428 490

14 06-07 10 8 12 41 Пасмурно 247 173 155

15 07-08 21 25 27 42 Туман 3 5 5

16 08-09 24 31 36 43 Дождь 48 32 36

17 09-10 26 22 27 44 Снегопад 32 46 36

18 10-11 20 18 31 Неугкт-ченгворитедыюе состоя мне дорож !ЫХ уСЛОвН !

19 11-12 30 34 24 45 Низкие сцепные качества покрытия 45 61 43

20 12-13 30 28 32

21 13-14 39 32 39 46 Отсутствие горизонтальной разметки 35 20 17

22 14-15 49 35 36

23 15-16 37 37 45 47 Недостаточность освещения 17 23 8

24 16-17 42 43 54

25 17-18 51 52 59 48 Неровность покрытия 4 8 г

26 18-19 56 45 58 49 Дефекты покрытия 10 20 12

27 19-20 47 47 41 50 Отсутствие ограждений в необходимых местах 21 15 37

28 20-21 36 43 41

29 21-22 35 39 25 51 Прочие 26 29 20

Корреляционный анализ показал отсутствие зависимости между факторами. Полученные вероятности возникновения ДТП (таблица 3) могут быть использованы в прогнозировании дорожной ситуации на УДС г. Ижевска. С точки зрения управления процессами зимнего содержания, данная модель позволяет рассчитать время и условия, при котором вероятность ДТП будет максимальная (1), и организовать работу техники таким образом, чтобы минимизировать вероятность ДТП по характерным для зимнего периода условиям.

.=1

где - значение вероятности ДТП по каждому рассматриваемому условию (таблица 2).

Рисунок 3 - Графическая логико-вероятностная модель дерева происшествий для количественного анализа вероятности ДТП

Таблица 3 - Вероятность ДТП в течение года на УДС г. Ижевска

№ п/п

Всего ДТП в г.Ижевске

722

Вероятность ДТП по дням недели

№ п/п

Всего ДТП в г.Ижевске

Вероятность ДТП по часам (и течение суток)

0,144

0.0» 0.054

0,047 0,035 0.032 | 0,023

Вторннк

0,137

0,130

Среда

0,132

Вероятность ДТП на ппоезжеЬ части

Четверг

0,145

Сухое

Пятница

0,193

0,172

Мокрое

Суббота

0.142 0.147

Загрязненное

0,003

Воскресе!

0,104

0,101

Вегюитность ДТП по часам (в течение суток)

Свежеуложенхая поверхность, обработанная

0,001

Гололедица

Обработано ПГР

0,023

Со снежным накатом

0.022 0,012

Ясно

Вероятность ДТП из-эа состояния погоды

0,679

0,012 0,037

Пасмурно

0.336

0,215

Туман

0,045

Дождь

0.065 0,044

0,047 0,067

0,032

Снегопад

0.027

0,026

0,043

Вероятность ДТП из-за неудовлетворительного состояния дорожных условий

Низкие сцепные качества покрытия

Отсутствие горизонтальной разметки_

0,061 0,048

0,089

0,029 0.034

0,060

0,024 0,011

^,057 0,069

0,075

0,076

0,082

Недостаточность освещения

0,023

Неровность покрытия

0,023

0,034

0,011 0,017

0.066

0.080

0,069

0,057

49

50

Дефекты покрытия

0,014

0,029

0.057

Отсутствие ограждений в необходимых местах_

0,029 0,035

0,022 0,042

0,051

0,035

Прочие

Третья глава посвящена разработке математических моделей управления зимним содержанием УДС и алгоритму решения задачи логистики. Была построена математическая модель управления процессами зимнего содержания в случае выпадения снега и/или образования зимней скользкости.

Математически задачу процессов зимнего содержания (патрульная очистка улиц от снега и борьба с зимней скользкостью) можно сформулировать как задачу с ограничением по времени для проведения работ по зимнему содержанию на заданном участке УДС, которую можно представить в виде графа

в = (Ы, А),

где //-множество вершин, соответствующих перекресткам улиц (вершины 1, 2, ..., п) и исходной базе, которая является начальным и конечным пунктом маршрута

снегоуборочной техники (вершина 0); • А - набор дуг, соединяющих вершины графа, соответствующих улицам

заданного участка УДС. Введем обозначения: С - множество улиц УДС, |С| = и; ¿У - 1-й и _/-й вершины (перекрестки), /е С, уеС; (/, _/) е А - дуга, соединяющая /-ю и ]-ю вершины графа;

- расход реагента, согласно норме распределения для ^ обработки 1-го участка УДС (т.е. с1, = р-Б„ где р - норма распределения, т/км , 5, - площадь

обрабатываемой поверхности ¡-го участка, км );

- время перемещения по дуге (/, Д которое учитывает время обработки участка / и время перемещения снегоуборочной техники от перекрестка г к перекресткуу;

с,у - стоимость перемещения снегоуборочной техники от перекрестка I к перекрестку у,

V - количество идентичной снегоуборочной техники грузоподъемностью <?; к - к-я единица снегоуборочной техники, к е V ;

Ви - нормативная потребность в снегоуборочной технике для проведения работ по зимнему содержанию участка УДС от перекрестка I к перекрестную;

[аь 6/7 - «временное окно» - промежуток времени, в течение которого должен

быть обработан ;-й участок;

5-* - время прибытия к-ой единицы снегоуборочной техники к 1-му участку; время отправления с базы для всех единиц снегоуборочной техники равно при . патрульной снегоочистке- - времени оповещения, при ликвидации зимнеи скользкости - времени оповещения и времени загрузки (т.е. 50 и 5„ -(„г^г

\fkeVy, ■

х,к - переменная, принимающая значения (0, ]} и характеризующая направление движения снегоуборочной техники: X,/ = 1 - от перекрестка / к перекрестку у, Хчк = 0 - в обратном направлении.

С учетом этих обозначений математическая формулировка будет следующей: необходимо минимизировать целевую функцию (2) при ограничениях (3)-(10):

(2)

X

(3)

46К (4)

|еС уеЛГ

(5)

IX =1

= (6)

(7)

£ + -5))< О, У 0, АУ к еУ {б)

а, < 5* < Ь,, V/ е Ы, У к &У (9)

маршрутов всех единиц

Целевая функция (2) определяет цену всех снегоуборочной техники. Ограничение (3) полагает, что каждый участок УДС обслуживается только один раз и нормативным количеством единиц снегоуборочной техники. Ограничение (4) определяет, что при обработке проезжей части ПГМ транспортное средство не может обработать больше участков УДС при заданной норме распределения, чем позволяет его грузоподъемность. Ограничение (5) означает, что каждая единица снегоуборочной техники, при патрульной снегоочистке, покидает базу один раз. Ограничение (6) показывает, что транспортное средство может покинуть вершину А, только если он прибыл в эту вершину. Ограничение (7) означает, что все транспортные средства, при патрульной снегоочистке, возвращаются на базу, причем один, раз, это ограничение следует из ограничений (5) и (6). Ограничение (8) означает что, если транспортное средство движется из вершины ¡' в у, .то время прибытия транспортного средства вj не может быть меньше суммы времени прибытия автомобиля в пункт / (£,*) и времени движения автомобиля из пункта / в пункт у (;,,). Ограничение (9) - это ограничение по времени, ликвидация зимней скользкости и очистка проезжей части от выпавшего снега должно быть в пределах временного окна.

Для решения данной задачи был разработан алгоритм (рисунок 4), который стал основой для программного продукта.

Данная модель решения задач зимнего содержания УДС была апробирована на участке дорожной сети г. Ижевска и показала высокую сходимость. Таким образом, предложенный метод позволяет управлять процессами зимнего содержания, с точки зрения повышения пропускной способности УДС, безопасности дорожного движения, снижения негативного воздействия на окружающую среду и трудоемкости и энергоемкости затрат.

В четвертой главе приводится теоретический расчет эколого-экономической эффективности модели управления процессами зимнего содержания.

Суммарные потери (П£) на участке автодороги, длиной Ь км. для одного случая образования зимней скользкости и/или выпадения снега можно разделить на 2 группы:

1. Потери от ухудшения дорожных условий:

1.1. снижение скорости движения транспортных средств (Псд);

1.2. увеличение риска возникновения дорожно-транспортного происшествия на скользком покрытии и потерь от ДТП (ПдТП)\

Рисунок 4 - Алгоритм решения задач составления маршрутов для процессов зимнего содержания УДС

1.3. экологический ущерб, наносимый окружающей среде за счет использования химических реагентов, перерасхода топлива, увеличения выбросов

отработавших газов (Лэк). «я

2. Организации при зимнем содержании дорог, проведении работ по оорьое или профилактике образования зимней скользкости (Пл). Величина затрат будет зависеть от погодных условий и применяемой стратегии производства работ.

П?. = Псд + Пдтп + Пэк + Пд (11)

Все составляющие формулы (11) будут зависеть от погодных условий, применяемых стратегий производства работ и времени нахождения покрытия в условиях зимней скользкости и/или выпадения снега. Их можно выразить в виде расчетных формул, учитывающих как принятые управляющие воздействия, так и

выходные параметры системы.

Потери от снижения скорости движения транспортных средств определяются по

формуле:

у=1

где 5. - стоимость 1 авт.-ч. работы у-ой марки автомобиля, ру5; Ц - интенсивность движения, авт./ч.; I - протяженность участка дороги, км; < - время нахождения снега на покрытии и/или наличия зимней скользкости, ч.; V, - скорость транспортного потока для /-го состояния покрытия (с различным коэффициентом сцепления), км/ч; Кс-то же для сухого состояния покрытия, км/ч.

Возможные потери от ДТП при различном состоянии дорожного покрытия могут быть рассчитаны по формуле:

ПДТП =г*А (13)

где г - возможное число ДТП на 1 млн. авт.-км.; А - ущерб от одного ДТП. Ущерб от одного ДТП при различных состояниях дорожного покрытия рассчитывается по формуле:

А = (14)

где а, - удельный вес ДТП, зависящий от состояния покрытия, на 1 млн. авт.-км.; Пгр - средние потери от ДТП; N - интенсивность движения, авт./ч.; Ь -протяженность участка, км.; Г- время нахождения снега на покрытии и/или наличия •

зимней скользкости, ч.

Экологический ущерб, наносимый окружающей среде в процессе производства работ по зимнему содержанию и при движении транспортных потоков складывается из ущерба от загрязнения окружающей среды ПГР и ущерба от выбросов автотранспортных средств:

пэк = Упгр + Увыбр (15)

Для определения степени снижения экологического ущерба при использовании кольцевой схемы содержания заданного участка УДС была использована методика расчета предотвращенного экологического ущерба:

ущ»=ууд1*к э*ам*р (16) где Ууя - величина экономической оценки удельного ущерба от загрязнения атмосферы, водных и/или земельных ресурсов, для 1-го экономического района РФ, руб./усл.т.; К, - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных и/или земельных ресурсов территорий экономических районов России.

n

Шпр = ^Ат,пр*к^ (П) /=1

где К,! — коэффициент относительной эколого-экономической опасности загрязняющих ьеществ; Дт„,;, - объем сокращенного (предотвращенного) выброса загрязняющего вещества в результате осуществления природоохранной деятельности, тонн; Ы - количество учитываемых групп загрязняющих веществ; / -индекс загрязняющего вещества или группы загрязняющих веществ.

Расчетные формулы (11) - (17) - математические модели, которые позволяют количественно оценить эффективность применения методов системного подхода в организации зимнего содержания УДС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ системы критериев эффективности проведения работ по зимнему содержанию УДС показал, что в первую очередь необходимо уделять внимание повышению пропускной способности УДС и обеспечению безопасности дорожного движения, далее трудоемкости, энергоемкости и снижению негативного воздействия на окружающую среду;

2. Анализ статистики ДТП показал, что причины аварий по сопутствующим дорожным условиям можно разделить на три группы: в группу «А» (на которую приходится 80% всех происшествий) входят следующие причины - низкие сцепные качества покрытия, неисправность/недостаточность освещения, отсутствие горизонтальной разметки, дефекты/неровности покрытия и отсутствие ограждений в необходимых местах; в группу «В» - плохая видимость дорожной разметки, наличие снежных валов, ограничивающих вид/сужающих проезжую часть, отсутствие дорожных знаков и тротуаров; в группу «С» - ограничение видимости, неправильное применение дорожных знаков и другие малосущественные причины. Разработанная графическая модель дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения, позволяет спрогнозировать вероятность ДТП по

сопутствующим условиям в зимний период, что является основой для управления процессами по зимнему содержанию и для оценки качества зимнего содержания;

3. Предложенная математическая модель процессов зимнего содержания УДС позволяет проводить работы согласно системе критериев и с учетом особенностей организации дорожного движения на УДС, наличия технической базы снегоуборочной техники и противогололедных реагентов таким образом, чтобы сократить общий пробег и коэффициент использования снегоуборочной;

4. Анализ разработанного алгоритма решения задач логистического управления показал, что он позволяет сократить экологический ущерб от снижения объема используемых ПГР и снижения объема выхлопных газов от транспортного потока;

5. Результаты количественной оценки эколого-экономического эффекта показали, что предложенные модель и алгоритм по составлению маршрутов для зимнего содержания УДС позволяют сократить экологический ущерб от снижения объема используемых ПГР и снижения объема выхлопных газов ТС. Количество ПГР на 1км2 убираемого УДС может быть сокращено на 5-12% на один случай выпадения осадков и/или образования зимней скользкости. Объем выхлопных газов ТС может быть снижено за счет увеличение скорости уборки заданного участка УДС и снижения времени простаивания транспортного потока из-за выпавшего снега и/или образования зимней скользкости.

ОСНОВНЫЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

а) статьи, опубликованные в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК:

1. Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Применение метода анализа иерархий в оценке пропускной способности проезжей части городских дорог в зимнее время // Вестник ИжГТУ, Ижевск, 2011. - №1 - С.170-172.

2. Абрамова A.A., Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Сравнительный анализ причин дорожно-транспортных происшествий по сопутствующим дорожным условиям на примере г. Ижевска//Вестник ИжГТУ, Ижевск, 2012. - №4-С. 119-122.

3. Абрамова A.A., Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Применение метода графов в оценке безопасности городской улично-дорожной сети // Вестник ИжГТУ, Ижевск, 2013.-Х» 2-С. 113-116.

4. Абрамова A.A., Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Составление маршрута обваловки и вывоза свежевыпавшего снега с помощью метода Кларка-Райта // Вестник ИжГТУ, Ижевск, 2013. - № 3 - С. 99-102.

б) статьи, опубликованные в других изданиях:

1. Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Систематизация современных технологий утилизации снежных масс с городских территорий // -Сбор, инновц. проектов выставки-сессии ИжГТУ (Ижевск 23-24 ноября 2010 года), Ижевск, 2010. [электронный ресурс]

2. Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Оценка приоритетов при регулировании движения транспортного потока в зимнее время // Сб. тр. науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (Ижевск, 15-18 марта 2011 года). - ТЗ - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011.-С. 221-227.

ь

3 Дягелев М Ю Исаков В.Г. Совершенствование зимнего содержания автодорог с использованием метода'системного анализа // Мат. XVII Междунар. науч.-прак. конф. студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» - Томск: Томский политех.

унив., 2011.-С.115-116. .

4 Абрамова А.А., Дягелев М.Ю., Исаков В.Г., Непогодин A.M., Свалова М.В. Технические и информационные основы охраны водных ресурсов от таяния снежных масс с городских территорий // Сбор. док. науч.-прак. конф., посвященной памяти академика РАН С В Яковлева- «Яковлевские чтения» (15-16 марта2012г). - М.: МГСУ, 2012. -С.131-134.

5 Абрамова А А, Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Систематизация причин возникновения дорожно-транспортных происшествий методом Парею // Сбор, инновац. проектов выставки-сессии ИжГТУ (Ижевск 25-26 апреля 2012 года), Ижевск, 2012. [электронный ресурс].

6 Дягелев МЮ., Шестакова А.Е., Зайнаков Р.Ю. Разработка системы утилизации снега на примере г. Ижевска // Сбор, инновац. проектов выставки-сессии ИжГТУ (Ижевск 2526 апреля 2012 года), Ижевск, 2012. [электронный ресурс].

7 Абрамова А.А. Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Моделирование технически безопасного режима эксплуатации' улично-дорожной сети с точки зрения экологического градостроительного планирования // Материалы круглого стола «Проблемы и управление экологической безопасностью урбанизированных территорий» (20 апреля 2012г). Ижевск: Изд-во Института экономики и управления ФГБОУ ВПО «УдГУ», 2012. - с.31-37.

8 Дягелев М Ю Зайнаков Р.Ю., Шестакова А.Е. Система уборки снега с городских дорог с последующей его утилизацией // Материалы круглого стола «Проблемы и управление экологической безопасностью урбанизированных территорий» (20 апреля 2012г). Ижевск: Изд-во Института экономики и управления ФГБОУ ВПО «УдГУ», 2012. - с.26-31.

9 Дягелев М Ю, Зайнаков Р.Ю., Шестакова А.Е. Пути решения проблем утилизации снега с урбанизированных территорий // Экологические, экономические, социальные и правовые аспекты устойчивого развития: тезисы док. Российской студ. науч.-прак. конф. Екатеринбург, 25 июня - 02 июля 2012 г. - Екатеринбург, 2012. - с.44-46

10 Акатьев М.Н., Ахмстшина АФ„ Дягелев М.Ю., Исаков В.Г. Определение класса опасности снежных масс с урбанизированных территорий // Сб. док. четвертой междунар. науч -прак конф. «Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России» / Под ред. Е.П. Волынкиной: СибГИУ. - Новокузнецк, 2012. -С. 147-152.

11. Дягелев М.Ю. Пути снижения негашеного воздействия на окружающую среду при решении проблем зимнего содержания улично-дорожной сети // Сб. тр. науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (Ижевск, 23-25 апреля 2013 года). - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, С. 833-836.

В авторской редакция

Подписано в печать 06.11.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 0,93 Заказ 341. Тираж 100 экз.

Издательство Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова Отпечатано в типографии Издательства ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 426069, Ижевск, ул. Студенческая, 7

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

«Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» (ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕМ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ В

ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка

информации (в науке и технике)

профессионального образования

04201 453202

На правах рукописи

Дягелев Михаил Юрьевич

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

д.т.н., профессор В.Г. Исаков

Ижевск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИЕТЕРИЕВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ 11

1.1. Обзор современных методов зимнего содержания улично-дорожной сети урбанизированных территорий 11

1.2. Определение критериев безопасности дорожного движения при зимнем содержании улично-дорожной сети 16

1.3. Определение критериев пропускной способности улично-дорожной сети при зимнем содержании 21

1.4. Определение критериев экологической безопасности зимнего содержания улично-дорожной сети 24

1.5. Постановка задач исследования 28

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ И ВЫБОРА КРИТЕРИЕВ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД 32

2.1. Классификация городских улиц и дорог 32

2.2. Оценка пропускной способности улично-дорожной сети урбанизированных территорий в зимний период 38

2.2.1. Методы оценки пропускной способности улично-дорожной сети38

2.2.2. Определение скорости движения транспортного потока в зимний период при различных состояниях дорожного покрытия 44

2.2.3. Оценка факторов, влияющих на пропускную способность улично-дорожной сети в зимний период 49

2.3. Состояние дорожных условий в зимний период как фактор безопасности дорожного движения на улично-дорожной сети 54

2.4. Разработка графической модели дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения на основе имеющейся статистики дорожно-транспортных происшествий 61

2.5. Выводы по главе 69

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПОСТРОЕНИЯ МАРШРУТОВ ПРИ ЗИМНЕМ СОДЕРЖАНИИ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ 71

3.1. Алгоритмы и методы построения транспортных маршрутов 71

3.2. Алгоритм составления маршрутов для патрульной снегоочистки и борьбы с зимней скользкостью 74

3.2.1. Расчет минимального количества снегоуборочной техники при патрульной снегоочистке 77

3.2.2. Расчет минимального количества техники и объема реагентов при борьбе с зимней скользкостью 81

3.2.3. Математическая формулировка задач зимнего содержания улично-дорожной сети 86

3.2.4. Алгоритм составления маршрутов при зимнем содержании улично-дорожной сети 89

3.3. Согласованность составленных маршрутов нормативам проведения работ по зимнему содержанию и борьбе с зимней скользкостью 94

3.4. Выводы по главе 97

4. РАСЧЕТ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДКИ СОСТАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ МАРШРУТОВ ПРИ ЗИМНЕМ СОДЕРЖАНИИ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ 99

4.1. Определение класса опасности, вывозимых с городской территории снежных масс 99

4.2. Оценка предотвращенного эколого-экономического ущерба при выполнении работ по зимнему содержанию улично-дорожной сети 105

4.2.1. Определение экономического ущерба при применении алгоритма составления маршрутов для выполнения работ по зимнему содержанию улично-дорожной сети 105

4.2.2. Определение экологического ущерба при проведении работ по зимнему содержанию улично-дорожной сети согласно полученным маршрутам 111

4.3. Выводы по главе 117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 122 ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современный уровень автомобилизации России (почти 250 автомобилей на 1000 человек) и рост интенсивности движения на улично-дорожной сети (УДС) городов приводит к повышению требований к условиям эксплуатации УДС: непрерывность и безопасность движения, комфортная скорость движения, отсутствие транспортных заторов. Сильнее всего эти требования возрастают в зимний период, когда выпадение снега или образование зимней скользкости приводит к снижению средней скорости транспортного потока, увеличению числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП), что в свою очередь способствует образованию больших транспортных заторов. Поиск путей сокращения времени уборки и расходования ресурсов для содержания УДС в зимнее время приводят к необходимости разработки научно-методических основ в процессах управления зимним содержанием УДС. Данные направления исследования являются актуальными для большинства городов России.

Степень разработанности работы. Вопросами зимнего содержания УДС занимались и занимаются в Федеральном дорожном агентстве, Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ), Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ), Могилевском государственном техническом университете, Ивановском государственном архитектурно-строительном университете, Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова, Вологодском государственном техническом университете, Ростовском государственном строительном университете («ДорТрансНИИ РГСУ»), ЗОА ВНИИ «СтройДорМаш», ФГУП «РОСДОРНИИ», ОАО «СОЮЗДОРНИИ», Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, Саратовском государственном техническом университете, Иркутском государственном техническом университете - «Транспортная лаборатория», ГУП «МосводоканалНИИпроект», и в других организациях. Известны работы ученых и специалистов Германии, Канады, Финляндии, США, стран Скандинавии и др.

Исследования, проводимые в области зимнего содержания УДС, можно разделить на два направления:

1. Повышение эффективности работ по зимнему содержанию УДС (Баранчик В.П., Пуртов А.Р., Беляков В.В., Соколов A.M., Ганжа В.А., Подольский В.П., Самодурова Т.В., Федорова Ю.В., Загребина Т.А., Дроган В.В., Хандожко JI.A., Коршунов A.A., Фокичева A.A., Козлов В.Н., Акселевич В.И., Мазуров Г.И.);

2. Снижение негативной нагрузки на окружающую среду (Корецкий В.Е., Ухин Д.В., Храменков C.B., Пупырев Е.И., Сергеев А.П., Зарина J1.M., Коровина Е.В., Тюпаков C.B., Райгородская B.C., Воронов Ю.В., Дерюшев Л.Г., Рябова О.В., Павлов Г.И., Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф., Орлова В.Т., Авдюшкина Л.И., Быков A.B., Данилов В.П., Ачкеева М.В., Морозов И.В., Романюк Н.В., Татулов Б.Э., Ушков В.А.).

Следует заметить, что большинство данных работ направлено на сокращения времени уборки снега и ликвидации зимней скользкости, повышение безопасности дорожного движения (БДД), поэтому управление зимним содержанием УДС с позиций системного анализа является не только актуальным, но и новым направлением исследований, которое позволяет оптимизировать процессы управления зимним содержанием УДС на всех фазах уборки.

Целью работы является является разработка системы принятия решений в управлении процессами зимнего содержания УДС урбанизированных территорий для повышения пропускной способности, безопасности движения на УДС, экологической безопасности, снижение трудоемкости и энергоемкости.

Для достижения цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ проблем зимнего содержания УДС для выбора критериев эффективности управления процессами, с точки зрения повышения пропускной способности, безопасности дорожного движения, снижения негативного воздействия на окружающую среду, трудоемкости и энергоемкости;

2. Разработка графической модели дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения на основе имеющейся статистики дорожно-

„"'¡V^V' транспортных происшествии; ' ' • <<',<,,■> >

3. Разработка математической модели проведения работ по зимнему содержанию УДС, учитывающая нормативные требования;

4. Разработка алгоритма решения логистической задачи управления зимним содержанием УДС при проведении работ, согласно критериям эффективности и нормативным требованиям;

5. Количественная оценка эколого-экономической эффективности модели управления процессами зимнего содержания УДС.

Объект исследования - улично-дорожная сеть урбанизированных территорий.

Предмет исследования - процессы управления зимним содержанием улично-дорожной сети урбанизированных территорий.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые предложена система критериев эффективности зимнего содержания УДС, комплексно учитывающая экологические показатели, БДД, пропускную способность, трудоемкость и энергоемкость;

2. На основе разработанной системы критериев построена графическая модель дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения, с использованием статистики ДТП для населенных пунктов, отличающаяся тем, что моделирует вероятность возникновения ДТП по сопутствующим условиям;

3. Разработана математическая модель процессов зимнего содержания УДС впервые учитывающая количество полос обслуживаемых улиц, количество снегоуборочной техники, нормативные требования по расходу реагентов и времени проведения работ;

4. Впервые разработан и доведен до практического использования алгоритм решения задач логистического управления работами по зимнему содержанию УДС, учитывающий особенности организации дорожного движения, приоритетность уборки улиц согласно предложенной системе критериев.

Теоретическая и практическая значимость:

Разработанные математическая модель и алгоритм решения задачи управления зимним содержанием улично-дорожной сети являются вкладом в математический

инструментарий логистического управления сложными, многоуровневыми организационными системами;

Разработанная модель дерева происшествий и анализ статистики дорожно-транспортных происшествий являются вкладом в общую логико-вероятностную теорию оценки и прогнозирования сложных систем;

Предложенная система критериев эффективности процессов зимнего содержания УДС может быть использована для оценки качества зимнего содержания муниципальными органами управления и службами городского хозяйства.

Графическая модель дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения, построенная на основе имеющейся статистики ДТП, может быть использована службами ГИБДД для прогнозирования аварийности на УДС города.

Математическая модель проведения работ и алгоритм решения логистических задач управления процессами зимнего содержания УДС могут быть использованы в работе служб городского и дорожного хозяйства.

Результаты количественной оценки эколого-экономической эффективности модели управления зимним содержанием УДС могут быть использованы в учебном процессе по специальности «Геоэкология» и смежным специальностям для оценки и расчета нагрузки на окружающую среду.

Разработанные научно-методические основы были использованы при выполнении НИР по государственному заказу ГЗ/ИВГ-2012.

Методы исследования. Анализ полученных данных обзора научной литературы по тематике исследования и патентного поиска; построение рабочих гипотез и их проверка; оценка достоверности полученных результатов. В решении задач исследования использовались методы системного и статистического анализа: метод анализа иерархий, теория графов, метод Парето, АВС-анализ, общий логико-вероятностный метод для графического метода расчета, алгоритм решения логистической задачи.

Положения, выносимые на защиту:

1. Система критериев эффективности проведения работ по зимнему содержанию УДС;

2. Графическая модель дерева происшествий для оценки безопасности дорожного движения на основе имеющейся статистики дорожно-транспортных происшествий;

3. Математическая модель проведения работ по зимнему содержанию УДС при выпадении снега и/или образовании зимней скользкости;

4. Алгоритм решения логистической задачи управления процессами зимнего содержания УДС;

5. Результаты количественной оценки эколого-экономической эффективности модели управления зимним содержанием УДС.

Достоверность результатов работы основана на воспроизводимости результатов исследования в различных условиях, а также сходимостью авторских данных и данных, полученных ранее по рассматриваемой тематике, качественное совпадение авторских результатов с результатами, представленными в независимых источниках. Теоретическая часть исследования построена на известных и проверяемых данных и согласуется с опубликованными данными. Идеи базируются на анализе практики, обобщении передового опыта.

Апробация работы. Основные положения работы, полученные результаты исследований докладывались и обсуждались на: Четвертой Международной научно-практической конференции «Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России» (г. Новокузнецк, 2012); Научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАН C.B. Яковлева - «Яковлевские чтения» (г. Москва, 2012); XVIII Российской студенческой научно-практической конференции «Экологические, экономические, социальные и правовые аспекты устойчивого развития» (г. Екатеринбург, 2012); Научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые - к ускорению научно-технического прогресса в XXI веке»* (г/ Ижевск, 2011, 2013); Круглом'столе*1

«Проблемы и управление экологической безопасностью урбанизированных территорий» (г. Ижевск, 2012).

Личный вклад автора состоит в включенном участии на всех этапах процесса постановки и реализации задач исследования, подготовке основных публикаций по выполненной работе. Проведены теоретические исследования по оценке пропускной способности УДС в зимнее время, моделированию безопасности дорожного движения, по состалению транспортных маршрутов, сделан анализ и проведена обработка полученных данных, сформулированы основные выводы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них: 4 статьи в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК РФ, 11 - в сборниках научных трудов и материалах Международных и Всероссийских научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического списка и приложений. Объем диссертации составляет 137 страниц, включая 15 рисунков, 37 таблиц, списка литературы из 145 наименований и 5 листов приложений.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЕВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

1.1. Обзор современных методов зимнего содержания улично-дорожной сети урбанизированных территорий

Улично-дорожная сеть (УДС) урбанизированных территорий - важнейшее звено всей городской инфраструктуры, без которого не может функционировать ни одна отрасль. Надежное техническое состояние УДС способствуют повышению эффективности использования основных производственных фондов, трудовых и материально-технических ресурсов, повышению производительности труда [100]. Наибольшую актуальность надежность технического состояния и безопасность дорожного движения приобретают в зимний период, поэтому организация бесперебойного движения и полноценная эксплуатация дорог является одной из главных задач дорожных служб в зимнее время.

Большая часть Российской Федерации находится на территории, подверженной в зимний период воздействию холода, особенно при низких температурах с образованием зимней скользкости (снежные отложения и ледяные образования на поверхности дорожных покрытий, приводящие к снижению сцепления колеса автомобиля с поверхностью покрытия [82]) на УДС урбанизированных территорий. Гололед, рыхлый снег, уплотненный снег, снежный накат, уплотненные неровности приводят к увеличению сопротивления движения, расходу топлива, уменьшению коэффициента сцепления (на гололедных участках коэффициент сцепления снижается с 0,3-Ю,7 до 0,05-Ю, 1), скорости и пропускной способности УДС в целом, увеличению числа ДТП [93]. При зимнем содержании УДС (комплекс работ, включающий защиту дорог от снежных заносов; очистку дорог от снега; борьбу с зимней скользкостью; защиту дорог от лавин; борьбу с

наледями [37]) и для борьбы с зимней скользкостью существует несколько методов [7]:

1. Фрикционный - используются уменьшающие скользкость материалы, диаметром 5...6 мм, которые, соприкасаясь с поверхностью дороги, временно увеличивают коэффициент сцепления колеса с покрытием;

2. Химический:

а) распределяются химические вещества, которые вызывают полное таяние снега или ледяных отложений, либо нарушают их прочность, после чего легко удаляются;

б) вводится в асфальтобетон или поверхностную обработку порошок, который в результате истирания покр