Спосіб регулювання та завантаження вулично-дорожньої мережі міста транспортними потоками

Реферат: Спосіб регулювання та завантаження вулично-дорожньої мережі міста транспортними потоками включає оперативний перерозподіл транспортних потоків по автомобільних дорогах й магістралях. При цьому перерозподіл транспортних потоків виконують на основі результатів електричного імітаційного моделювання вулично-дорожньої мережі і транспортних потоків на поточний момент часу. UA 85069 U (12) UA 85069 U UA 85069 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб регулювання та завантаження вулично-дорожньої мережі (ВДМ) міста транспортними потоками належить до галузі моделювання транспортних потоків і може бути застосований при будівництві нових та оптимізації існуючих транспортних комплексів, для регулювання і підвищення ефективності функціонування ВДМ міста шляхом оперативного перерозподілу транспортних потоків, для забезпечення рівномірного завантаження всіх ділянок мережі. Існує ряд методик управління ефективністю роботи ВДМ, а також ряд моделей, які дозволяють контролювати та прогнозувати критичні ситуації, що пов'язані з пропускною здатністю ВДМ міста. В основі даних методик, як правило, лежить теорія масового обслуговування [1] або гідродинамічна аналогія [2]. Теорія масового обслуговування достатньо складна й вимагає великих вхідних масивів даних, які є швидкоплинними, що обмежує її застосування в реальному часі. Гідродинамічні моделі втратили актуальність у зв'язку з трансформацією автопарку - появою швидкісних та динамічних автомобілів, підвищення інтенсивності транспортних потоків на сучасних ВДМ. Імітаційне моделювання дозволяє найкращим чином вирішувати подібні задачі - якісно на високому рівні моделювати й управляти транспортними потоками ВДМ. Зокрема імітаційна модель [3] реалізує удосконалений метод координованого управління транспортними потоками на окремих магістралях міста. При цьому запропоноване введення нового параметра управління - баланс фаз світлофорного регулювання. Сучасна світлофорна система великого міста являє собою складну розгалужену автоматизовану систему управління. Варіюванням тривалості дозвільних фаз можна управляти транспортною ситуацією лише на окремих перехрестях. При цьому очевидні часові обмеження такого регулювання (мінімум та максимум дозвільної фази), які призводять до ускладнення ситуації, особливо при критичних значеннях інтенсивності транспортних потоків. В масштабі міських кварталів функціонування світлофорної системи потребує синхронізацію всіх світлофорів. Тому лише за рахунок параметра управління (баланс фаз світлофорного регулювання) не можливо оптимально розподілити автомобільні потоки в магістралях даного кварталу. Як найближчий аналог корисної моделі прийнято спосіб регулювання і розвантаження транспортних потоків міста [4], який включає оперативний перерозподіл транспортних потоків по автомобільних дорогах й магістралях оператором на основі практичного досвіду. Автомобільні дороги і магістралі являють собою замкнені не центровані контури, що перетинають територію міста і при цьому по дотичній приєднуються до однієї з кільцевих доріг радіально-кільцевої мережі міста, або виконані у вигляді замкненого не центрованого контуру відносно території міста, що містить контур з поліцентричною змінною кривиною та числом центрів кривини контуру понад два. Таким чином, процес розвантаження транспортних потоків ВДМ міста реалізується за рахунок суттєвої зміни структури існуючої мережі, що в свою чергу вимагає великих економічних витрат. Такий підхід може бути реалізований лише на етапі проектування і планування доріг і лише частково на етапі експлуатації. Запропонований спосіб не може бути застосованим для сформованої ВДМ міста, оскільки технічно не можливо реалізувати масштабне будівництво кільцевих доріг в межах мегаполісу. Для оптимального регулювання і своєчасного розвантаження транспортних потоків ВДМ міста, без втручання в її інфраструктуру, необхідно корегувати вхідні транспортні потоки, які наповнюють ВДМ міста. Задачею пропонованої корисної моделі є усунення відзначених недоліків найближчого аналога. Поставлена задача вирішується тим, що перерозподіл транспортних потоків здійснюється на основі результатів електричного імітаційного моделювання ВДМ і транспортних потоків на поточний момент часу. В електричній моделі ВДМ міста і транспортних потоків: інтенсивність транспортних потоків на однорідних ділянках ВДМ моделюється електричними квазістаціонарними струмами; розподіл струму в розгалужених електричних колах, який ґрунтується на властивості електричних кіл споживати мінімум потужності, оперативно відображає розподіл інтенсивності транспортних потоків у ВДМ; оптимальне завантаження ВДМ контролюється критичними електричними струмами, які виникають на відповідних опорах розгалужених електричних кіл. Такий спосіб не відображається в існуючих моделях регулювання і розвантаження транспортних потоків ВДМ міста. Відстеження критичних електричних струмів у розгалужених електричних колах дозволяє оперативно включатися в процеси розвантаження транспортних потоків ВДМ. Суть пропонованого способу ілюструється на фрагменті ВДМ міста, топографічний план якого представлений на фіг. 1. 1 UA 85069 U 5 10 15 Електрична схема моделі ВДМ (фіг. 2) являє собою розгалужене електричне коло з джерелами постійного струму, який містить: J1-J9 - джерела постійного струму, при цьому вхідні джерела: J3.1, J3.2, J4, J5, J8, J9; а вихідні - J1.1, J1.2, J2, J6.1, J6.2, J7. Джерела є відповідно аналогами вхідних і вихідних транспортних потоків. R1-R15 - електричні опори, які є аналогами пропускної спроможності вулиць; 1-12 - вузли схеми, які моделюють вуличні перехрестя. Через кожний опір (R1-R.15) розгалуженого електричного кола протікає відповідний струм (I1-I15), що відображає транспортний потік. У вузлах електричної схеми (1-12) виконується перший закон Кірхгофа, що відповідає збігу кількості транспортних засобів, що входять до перехрестя доріг та виходять через нього. Якщо струм, на деякому опорі, досягає критичного значення (Iêð. ) - це відображає максимальну інтенсивність [5], на яку налаштована дана ділянка ВДМ. Моніторинг струму (Ii, де і = 1, 2,…, 15) в розгалужених гілках електричної схеми при різних вхідних навантаженнях (J3.1, J3.2, J4, J5, J8, J9) дозволить встановити область допустимих струмів Ii  ( 0,1) . При умові, Iêð якщо Ii  (0,1) , то мережа оптимально завантажується. Iêð Якщо величина струму (²³ ) в довільному електричному опорі (R1-R15) перевищить деяке критичне значення (Iêð. ) , яке відповідає максимальній пропускній здатності відповідної ділянки 20 25 30 дороги, то це відображує зародження заторного стану Ii  1 . Iêð Завантаження ВДМ міста, як показують емпіричні спостереження, відбувається в ранковий період доби (7:00-12:00), при цьому часовий профіль густини ймовірності вхідних потоків, на цей період, близький до нормального з несуттєвою правосторонньою асиметрією. На основі емпіричного закону розподілу інтенсивності транспортних потоків, задаються вхідні електричні струми (J3.1, J3.2, J4, J5, J8, J9) з відповідним часовим профілем. Величину сили струму в опорах (R1-HR.15) електричної схеми розраховують методом вузлових напруг. Додатній напрямок всіх вузлових напруг прийнято визначати по відношенню до вузла з нульовим потенціалом. Це дозволить відтворити односторонній рух транспортних потоків. Для ділянок мережі з двохстороннім рухом необхідно на електричній схемі змінити напрямки струму вхідних джерел (J3.1, J3.2, J4, J5, J8, J9) на протилежні. Спосіб регулювання і завантаження ВДМ міста продемонстровано на наступному прикладі, вихідні дані для якого наведені в таблицях 1, 2. Таблиця 1 Вхідні та вихідні транспортні потоки n, п/н t, год. 1 2 3 4 5 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 J1.1 580 665 622 616 606 J1-J9, А, які чисельно дорівнюють транспортним потокам, авт./год. J1.2 J2 J3.1 J3.2 J4 J5 J6.1 J6.2 J8 J7 1688 451 686 471 77 95 193 871 583 85 1871 492 765 512 113 124 245 936 648 117 1685 468 791 609 52 58 334 927 694 101 1769 510 775 654 64 59 260 860 681 104 1618 521 652 650 61 47 242 863 695 97 2 J9 1956 2164 1933 1886 1842 UA 85069 U Таблиця 2 Розподіл транспортних потоків за інтенсивністю n, п/н 1 2 3 4 5 5 10 15 20 t, год. 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 R1 0,10 0,17 0,16 0,20 0,15 R2 0,15 0,27 0,26 0,31 0,26 R3 1,19 1,57 1,96 1,71 1,69 R4 1,49 1,85 2,09 1,87 1,84 R5 2,09 2,38 2,50 2,23 2,18 Завантаження ВДМ (Іi/Iкр.) R6 R7 R8 R9 R10 2,38 0,79 0,01 0,79 0,84 1,53 2,31 0,05 0,90 0,89 1,74 2,41 0,03 0,81 0,80 1,51 2,20 0,09 0,79 0,79 1,55 2,19 0,09 0,77 0,77 R11 0,24 0,25 0,24 0,25 0,26 R12 0,79 0,57 0,70 0,57 0,60 R13 0,89 0,77 0,82 0,84 0,88 R14 0,30 0,08 0,04 0,01 0,01 R15 0,89 0,85 0,86 0,84 0,89 Таким чином, спосіб регулювання та завантаження ВДМ міста транспортними потоками дозволяє визначити оптимальний режим функціонування мережі шляхом регулювання вхідних та вихідних потоків. Електричне моделювання доцільно здійснювати в середовищах моделювання електричних і електронних, таких як Electronics WorkBench або Multisim, в яких легко і зручно здійснюються вимірювання параметрів кола, а також структурна і параметрична модифікація. Скриншот електричного моделювання зазначеного фрагменту ВДМ міста показано на фіг. 3. Джерела інформації: 1. Стійкість процесу керування транспортною мережею міста / В.М. Дубовой, О.О. Ковалюк // Вісник ВІЛ. - 2006. - № 6. - С. 106-111. 2. Численное исследование транспортных потоков на основе гидродинамических моделей / И.И. Морозов, А.В. Гасников, В.Н. Тарасов, Я.А. Холодов, А.С. Холодов // Компьютерные исследования и моделирование. - 2011. - Т. 3. - № 4. - С. 389-412. 3. Имитационная модель управления транспортными потоками / Л.С. Абрамова, Н.С. Чернобаев // Вестник ХНАДУ. - 2009. - Вып. 47. - С. 93-96. 4. RU 2393287 С2 / Транспортный комплекс города, мегаполиса и способ регулирования и разгрузки транспортных потоков города, мегаполіса / Б.В. Гусев, С.Н. Селиванов. № 2007128749/03; Заявл. 26.07.2007; Опубл. 27.06.2010. 5. Містобудування. Планування і забудова міських і сільських поселень: ДБН 360-92**. [Чинний від 2002-04-19]. - К.: ДП "Укрархбудінформ", 2002. - 92 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб регулювання та завантаження вулично-дорожньої мережі міста транспортними потоками, який включає оперативний перерозподіл транспортних потоків по автомобільних дорогах й магістралях, який відрізняється тим, що перерозподіл транспортних потоків виконують на основі результатів електричного імітаційного моделювання вулично-дорожньої мережі і транспортних потоків на поточний момент часу. 3 UA 85069 U 4 UA 85069 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5