Використання концепції ефективного автомобіля для моделювання динаміки транспортних потоків у транспортній мережі міста

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний транспортний університет, Київ

Економіка та управління національним господарством і підприємствами

Використання концепції ефективного автомобіля для моделювання динаміки транспортних потоків у транспортній мережі міста

Дмитриченко М.Ф., доктор технічних наук,

Бакуліч О.О., кандидат технічних наук

Постановка проблеми. Однією з найважливіших сучасних проблем в моделюванні динаміки транспортних потоків є перевантаження вітчизняних транспортних мереж міст, особливо у центральних їх частинах. Це, в свою чергу, суттєво впливає на зниження ефективності руху транспортних потоків, обумовлює збільшення аварійних ситуацій на дорогах, призводить до негативного впливу транспорту на екологічний стан навколишнього середовища, несвоєчасності доставки товарів, збільшення витрат часу на доставку пасажирів громадським транспортом.

У зв'язку з цим, питанням моделювання та оптимізації транспортних потоків у транспортній мережі міста останнім часом приділяється значна увага. При цьому теоретичні уявлення про динаміку транспортних потоків розвиваються в основному за двома напрямами. З одного боку, розглядаються мікромоделі, які описують певні конкретні ситуації руху транспортних засобів (ТЗ) на ділянках транспортної мережі, але які не можуть, водночас, характеризувати стан транспортного потоку в цілому [1,2]. З іншого боку, існує багато макромоделей для опису динаміки транспортних потоків, проте які не придатні для аналізу руху ТЗ на певних конкретних ділянках транспортної мережі [3-5].

Тому, для розвитку теоретичних уявлень про динаміку транспортних потоків, вдосконалення методів моделювання процесів, пов'язаних з ними, вважаємо актуальним знаходження таких модельних транспортних засобів, техніко-експлуатаційні параметри яких, з одного боку, характеризували б стан транспортного потоку в цілому на певній ділянці транспортної мережі, а з іншого, були б наближені до відповідних параметрів ТЗ, що рухаються на даній ділянці.

Такий підхід, на наш погляд, аналогічний модельним уявленням про ефективні параметри руху мікрочастинок під впливом конденсованого середовища, які широко використовуються для опису фізичних явищ у твердих тілах [6]. Тому такий ТЗ в нашому випадку будемо називати ефективним автомобілем.

Метою даної роботи є розробка методу визначення модельної характеристики транспортного потоку певної ділянки транспортної мережі на основі використання концепції ефективного автомобілю. При цьому процедура пошуку автомобіля з ефективними техніко-експлуатаційними характеристиками розглядається на базі методу аналізу ієрархій Сааті [7, 8].

Основна частина. В рамках запропонованої процедури аналізу за методом Сааті [9] розглянемо n об'єктів або факторів, які необхідно порівняти групі експертів. Головною метою даної групи є визначення відносної важливості цих об'єктів.

Для визначення в нашому випадку відносної важливості техніко-експлуатаційних характеристик ТЗ, що утворюють транспортний потік на певній ділянці транспортної мережі, було обрано одне з перехресть міста Києва на вулиці Московській, 31/33 (біля кінотеатру «Зоряний») у напрямку від станції метро «Арсенальна» до станції метро «Печерська». Оскільки інтенсивність транспортного потоку на міській мережі має неоднорідну структуру, то задля більшої об'єктивності було обрано три проміжки часу для моніторингу. Відомо, що найбільше скупчення транспортних засобів спостерігається у так звані години «пік», тому саме ці проміжки часу і було обрано для проведення дослідження. Таким чином, підрахунок транспортних засобів проводився в періоди з 8.30 до 9.30, 12.35 до 13.35 та 16.35 до 17.35. При цьому, для більшої точності кожен часовий період був розділений на 4 рівні частини по п'ятнадцять хвилин, після яких фіксувались дані про кількість ТЗ. Крім того, всі ТЗ, що утворювали досліджуваний транспортний потік у відповідні проміжку часу, розділялись на наступні групи: легкові автомобілі, позашляховики, мікроавтобуси, автобуси (малі та середні, великі, зчеплені), вантажні автомобілі (легкі та середні, важкі).

Моніторинг інтенсивності руху транспортного потоку на вказаній ділянці транспортної мережі здійснювався за допомогою інтернет-ресурсу videoprobki.ua, який дає можливість спостерігати вказану ділянку дорогу за допомогою встановленої веб-камери в режимі реального часу. Результати спостереження наведені у таблиці 1.

Таблиця 1 Результати спостереження транспортної мережі на ділянці дороги (перехрестявулиці Московської м. Києва

Для визначення ефективного автомобіля в рамках кожної групи ТЗ обирались реальні марки автомобілів, що представлені в теперішній час на ринку та дорогах України[10-11]. Відповідно, для легкових автомобілів було обрано 30 моделей; позашляховиків - 15 найбільш поширених моделей; мікроавтобусів - 10 моделей; автобусів (малі, середні) - 6 моделей, автобусів (великі) - 4 моделі, автобусів (зчеплених) - 2 моделі; вантажних автомобілів - 20 моделей.

Також для всіх вибраних таким чином марок автомобілів було визначено їх 15 техніко- експлуатаційних характеристик, а саме: довжина, ширина та висота транспортного засобу, кліренс, витрати палива при міському та заміському циклі руху, середній розхід палива, марка палива, екологічний стандарт, розгін з місця до 100 км/год, максимальна швидкість, споряджена маса, допустима повна маса, об'єм паливного баку та колісна база.

Далі, за допомогою методу аналізу ієрархій Сааті згідно з процедурою [9] серед вказаних характеристик ТЗ були визначені, на наш погляд, найбільш значущі, які найбільше впливають на швидкість та щільність транспортного потоку в межах міста. Виявлено, що таким показником є розміри ТЗ, а саме їх довжина. Крім того важливим є час розгону транспортного засобу, оскільки весь рух автомобіля в режимі міста описується схемою рух-гальмування-зупинка-розгін-рух, та екологічні характеристики.

Після цього, також використовуючи метод аналізу ієрархій за допомогою парних порівнянь знаходились відносні ступені взаємодії елементів (характеристик транспортних засобів) на кожному ієрархічному рівні (перевага одних елементів відносно інших). Цим порівнянням була надана чисельна оцінка. Слід відмітити, що при розгляді та порівнянні техніко-експлуатаційних характеристик необхідно прагнути того, щоб декомпозиція була доведена до такого рівня, на якому парні порівняння виконувались компетентними у даній області фахівцями. Оскільки обрані характеристики транспортних засобів характеризують автомобіль з різних сторін, а саме технічної, екологічної, економічної, то до складу експертної комісії були залучені саме фахівці з даних галузей. На основі отриманих експертних оцінок вищевказаних фахівців і було побудовано матриці порівняння техніко-експлуатаційних характеристик кожної групи транспортних засобів.

Врешті решт, після отримання відповідних даних, знову використовуючи відповідну процедуру згідно з [9], для кожної групи ТЗ визначався модельний ефективний автомобіль, техніко- експлуатаційні показники кожного з яких, характеризували досліджуваний транспортний потік на обраній ділянці транспортної мережі міста Києва. Результати отриманих розрахунків наведено у таблиці 2.

Таблиця 2 Техніко-експлуатаційні характеристики знайдених для кожної групи ефективних транспортних засобів

Часто для опису динаміки транспортного потоку в рамках відповідних макромоделей [3-5] використовують техніко-експлуатаційні параметри ТЗ, які достатньо грубо описують конкретний стан транспортної мережі в цілому. Запропонована в даній роботі концепція ефективного автомобіля, на наш погляд, дозволяє в певній мірі вирішувати цю проблему. Так, використовуючи отримані значення показників ефективних автомобілів кожної групи в транспортному потоці (див. табл. 2), а також експериментальні дані щодо відносної ваги кожної групи ТЗ у цьому транспортному потоці (див табл.1), можна визначити усереднені техніко-експлуатаційної показники модельного ефективного автомобіля, який характеризує динаміку транспортного потоку в цілому на певній ділянці транспортної мережі.

Тут, значення і-ої відповідної техніко-експлуатаційної характеристики такого ефективного автомобіля визначається за формулою:

Pi -- ^ Nijkj і, (1)

де Pi - значення техніко-експлуатаційної характеристики ефективного автомобіля;

Nij - значення і-ої техніко-експлуатаційної характеристики ефективного автомобіля для j-ої групи (див. табл.2);

kj - відносний ваговий коефіцієнт j-ої групи транспортних засобів (див. табл. 2).

Розрахунки за допомогою (1) дають наступні величини техніко-експлуатаційних характеристик ефективного автомобіля, які наведено у таблиці 2.

Висновки. У роботі запропоновано концепцію ефективного автомобіля та розроблено, на основі методу аналізу ієрархій Сааті, метод визначення його техніко-експлуатаційних показників. В рамках цієї концепції ефективний автомобіль розглядається як модельний транспортний засіб, що є однією з характеристик транспортного потоку на певній досліджуваній ділянці транспортної мережі. Техніко-експлуатаційні параметри ефективного автомобіля мають такі значення, які, з одного боку, характеризують стан транспортного потоку в цілому на певній ділянці транспортної мережі, а з іншого, наближені до відповідних параметрів транспортних засобів, що рухаються на даній конкретній ділянці. Використання концепції ефективного автомобіля, на наш погляд, дозволить здійснити у майбутньому подальший розвиток теоретичних уявлень про динаміку транспортних потоків, вдосконалення методів моделювання процесів, що відбуваються в них.

Перелік посилань

1. Nagel K. A cellular automaton model for freeway traffic / K. Nagel, M. Schreckenberg // J. Phys. I (France). 1992. Vol. 2. P. 2221-2229.

2. Cremer M. Parameter identification for a traffic flow model / M. Cremer, M. Papageorgiou // Automatica. 1981. V. 17. P. 837-843.

3. Lighthill M.J. On kinematic waves: II. A Theory of traffic flow on long crowded roads / M.J. Lighthill, G.B. Whitham // Proc. Roy. Soc. A. 1955. Vol. 229, N 1178. P. 281-345.

4. Cremer M. Traffic prediction and optimization using an efficient macroscopic simulation tool / M. Cremer, F. Meiner // Modelling and Simulation 1993. Ed. Pave A., Soc. Comput. Simulation Int., Ghent. 1993. P.515-519.

5. Daganzo C.F. The cell transmission model: A dynamic representation of highway traffic consistent with the hydrodynamic theory / C.F. Daganzo // Transpn. Res. B. 1994. V. 28. P. 269-287.

6. Шевченко О.Ю. Основы физики твердого тела / О.Ю. Шевченко // Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. - 276 с.

7. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. / Т. Саати. - М.: Радио и связь, 1989.

8. Саати Т. Аналитическое планирование. Организация систем. / Т. Саати, К. Керн. - М.: Радио и связь, 1991.

9. Данчук В.Д. Визначення ефективних засобів вантажних перевезень в транспортних задачах методом аналізу ієрархій / В.Д. Данчук, Р.В. Олійник, В.В. Сватко // Вісник НТУ. - К.: НТУ. - 2011. - Вип. 22.

10. http://www .gruz-inform .interdalnoboy.com

11. http://www.autonet.ru

12. References

13. Nagel K. A cellular automaton model for freeway traffic / K. Nagel, M. Schreckenberg // J. Phys. I (France). 1992. Vol. 2. P. 2221-2229.

14. Cremer M. Parameter identification for a traffic flow model / M. Cremer, M. Papageorgiou // Automatica. 1981. V. 17. P. 837-843.

15. Lighthill M.J. On kinematic waves: II. A Theory of traffic flow on long crowded roads / M.J. Lighthill, G.B. Whitham // Proc. Roy. Soc. A. 1955. Vol. 229, N 1178. P. 281-345.

16. Cremer M. Traffic prediction and optimization using an efficient macroscopic simulation tool / M. Cremer, F. Meiner // Modelling and Simulation 1993. Ed. Pave A., Soc. Comput. Simulation Int., Ghent. 1993. P.515-519.

17. Daganzo C.F. The cell transmission model: A dynamic representation of highway traffic consistent with the hydrodynamic theory / C.F. Daganzo // Transpn. Res. B. 1994. V. 28. P. 269-287.

18. Shevchenko O.Yu. Osnovy fiziki tverdogo tela / O.Yu. Shevchenko // Uchebnoye posobiye. - SPb: SPbSU ITMO, 2010. - 276s.(rus)

19. Saati Т. Prinyatiye resheniy. Metod analisa ierarchiy / Т. Saati. - М.: Radio i svyaz, 1989. - 567s.(rus)

20. Saati Т. Analiticheskoye planirovaniye. Organizaciya sistem / Т. Saati, К. Кеігею - M.: Radio i svyaz, 1989. - 345s. (rus)

21. Danchuk V.D. Vyznachennya efektyvnych zasobiv vantazhnych perevezen v transportnych zadachach metodom analizu iyerarchiy / V.D. Danchuk, R.V. Oliynyk, V.V. Svatko // Visnyk NTU. - К.: NTU. - 2011. - Vyp. 22. - S. 67 - 71.

22. http://www.gruz-inform.interdalnoboy.com

23. http://www.autonet.ru

Реферат

АВТОРИ:

Дмитриченко Микола Федорович, доктор технічних наук, професор, Національний транспортний університет, ректор Національного транспортного університету, e-mail: dmitrichenko@ntu.edu.ua, тел. +380442808203, Україна, 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, к. 318.

Бакуліч Олена Олександрівна, кандидат технічних наук, Національний транспортний університет, декан факультету економіки, менеджменту і права, e-mail: bakulich@rambler.ru, тел. +380442803876, Україна, 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, к. 245.

РЕЦЕНЗЕНТИ:

Оксіюк О.Г., доктор технічних наук, професор, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, завідувач кафедри кібербезпеки та захисту інформації, Київ, Україна.

Прокудін Г.С., доктор технічних наук, професор, Національний транспортний університет, завідувач кафедри міжнародних перевезень та митного контролю, Київ, Україна.

Дмитриченко М.Ф. Використання концепції ефективного автомобіля для моделювання динаміки транспортних потоків у вуличній мережі міста / М.Ф. Дмитриченко, О.О. Бакуліч // Економіка та управління на транспорті. - К.: НТУ, 2015. - Вип. 2.

У роботі запропоновано концепцію ефективного автомобіля та розроблено, на основі методу аналізу ієрархій Сааті, методику визначення його техніко-експлуатаційних показників.

Об'єкт дослідження - процеси в транспортних потоках вуличної мережі міста.

Мета дослідження - розробка методу визначення модельної характеристики транспортного потоку певної ділянки транспортної мережі на основі концепції ефективного автомобілю з використанням методу аналізу ієрархій Сааті.

В рамках запропонованої концепції ефективний автомобіль розглядається як модельний транспортний засіб, що є однією з характеристик транспортного потоку на певній досліджуваній ділянці транспортної мережі. Техніко-експлуатаційні параметри ефективного автомобіля мають такі значення, які, з одного боку, характеризують стан транспортного потоку в цілому на певній ділянці транспортної мережі, а з іншого, наближені до відповідних параметрів транспортних засобів, що рухаються на даній ділянці.

Результати статті можуть бути використані при дослідженні транспортної мережі міста Києва.

Прогнозні припущення щодо розвитку об'єкта дослідження - використання концепції ефективного автомобіля дозволить здійснити у майбутньому подальший розвиток теоретичних уявлень про динаміку транспортних потоків, вдосконалення методів моделювання процесів, що відбуваються в них.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: ЕФЕКТИВНИЙ АВТОМОБІЛЬ, ТРАНСПОРТНИЙ ПОТІК, МЕТОД АНАЛІЗУ ІЄРАРХІЙ СААТІ, ТЕХНІКО-ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Abstract

транспортний потік автомобіль експлуатаційний

AUTHOR:

Dmytrychenko Mykola F., Ph.D., Engineering (Dr.), professor, National Transport University, Rector, National Transport University, e-mail: dmitrichenko@ntu.edu.ua, tel. +380442808203, Ukraine, 01010, Kyiv, Suvorova str. 1, of. 318.

Bakulich Olena O., Ph.D. (engineering), National Transport University, the dean of the faculty Economics, Management and Law, e-mail: bakulich@rambler.ru, tel. +380442803876, Ukraine, 01010, Kyiv, Suvorova str. 1, of. 245.

REVIEWER:

Oksiyuk O.G., Ph.D., Engineering (Dr.), professor, Kyiv National University of Taras Shevchenko, Head of the cyber security and information protection department, Kyiv, Ukraine.

Prokudin G.S., Ph.D., Engineering (Dr.), professor, National Transport University, Head of the department of international transportation and customs control, Kyiv, Ukraine.

USE OF EFFECTIVE CAR CONCEPT FOR SIMULATION OF TRAFFIC FLOW DYNAMICS

IN THE URBAN TRANSPORT SYSTEM

Dmytrychenko M.F., Dr.Sc. (engineering), National Transport University, Kyiv, Ukraine

Bakulich O.O., Ph.D. (engineering), National Transport University, Kyiv, Ukraine

Dmytrychenko M.F., Bakulich O.O. Use of concept of effective car for simulation of traffic flow dynamics in the urban transport system. Economics and management on transport. Kyiv. National Transport University. 2015. Vol. 2.

The concept of an efficient car has been suggested in the article. On the basis of Saati's method of hierarchies analysis the method of determining performance indicators of an efficient car has been developed.

The object of the study are processes in transport flows of a city street network.

The purpose of the study is to develop the method of determining performance indicators of an efficient car as a characteristic of a transport flow in a certain area of a transport network.

Within the suggested concept an efficient car is considered as a model vehicle being a characteristic of a transport flow in a certain studied area of a transport network. Performance indicators of an efficient car have such values which characterize the state of a transport flow in a certain area of a transport network. Besides, they are close to definite parameters of vehicles moving in a certain area.

The results of the study can be used for the research of Kyiv transport network.

Forecast assumption for the object of the study is that using the concept of an efficient car will allow the future development of theoretical ideas about the dynamics of transport flows and the improvement of process modeling methods.

KEYWORDS: EFFICIENT CAR, TRANSPORT FLOW, SAATI'S METHOD OF THE HIERARCHIES ANALYSIS, DETERMINING PERFORMANCE INDICATORS.

Реферат

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ ЭФФЕКТИВНОГО АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДИНАМИКИ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ В ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ ГОРОДА

Дмитриченко Н.Ф., доктор технических наук, Национальный транспортный университет, Киев, Украина

Бакулич Е.А., кандидат технических наук, Национальный транспортный университет, Киев, Украина

Дмитриченко Н.Ф. Использование концепции эффективного автомобиля для моделирования динамики транспортных потоков в уличной сети города / Н.Ф. Дмитриченко, Е.А. Бакулич // Экономика и управление на транспорте. - К.: НТУ, 2015. - Вып. 2.

В работе предложена концепция эффективного автомобиля и разработана, на основании метода анализа иерархий Саати, методика определения его технико-эксплуатационных показателей.

Объект исследования - процессы в транспортных потоках уличной сети города.

Цель исследования - разработка метода определения модельной характеристики транспортного потока участка транспортной сети на основе концепции эффективного автомобилю с использованием метода анализа иерархий Саати.

В рамках предложенной концепции эффективный автомобиль рассматривается как модельное транспортное средство, что является одной из характеристик транспортного потока на определенном участке транспортной сети. Технико-эксплуатационные параметры эффективного автомобиля имеют такие значения, которые с одной стороны, характеризуют стан транспортного потока в целом на определенном участке транспортной сети, а с другой - приближенные к соответствующим параметрам транспортных средств, что движутся по указанному участку дороги.

Результаты статьи могут быть использованы при исследовании транспортной сети города

Киева.

Прогнозные предложения о развитии объекта исследования - использование концепции эффективного автомобиля дает возможность осуществить в будущем развитие теоретических представлений о динамике транспортных потоков, усовершенствовать методы моделирования процессов, что происходят в них.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭФФЕКТИВНЫЙ АВТОМОБИЛЬ, ТРАНСПОРТНЫЙ ПОТОК, МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ СААТИ, ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Размещено на Allbest.ru