Возможности использования программы имитационного моделирования PTV VISSIM для подготовки специалистов по направлениям "Транспортные технологии" и "Автомобильный транспорт"

Размещено на http://allbest.ru

6

ГВУЗ «Криворожский национальный университет»

УДК 656.1

Возможности использования программы имитационного моделирования PTV VISSIM для подготовки специалистов по направлениям «транспортные технологии» и «автомобильный транспорт»

Систук Владимир Александрович

кандидат технических наук,

доцент кафедры автомобильного транспорта

Богачевский Антон Александрович

ассистент кафедры подъемно-транспортных машин

Шумский Виталий Юрьевич

магистрант кафедры автомобильного транспорта

г. Кривой Рог, Украина

ВВЕДЕНИЕ

Постановка проблемы. В мировом автомобильном хозяйстве в последнее десятилетие наблюдается устойчивая тенденция, связанная с ростом частных транспортных средств (ТС) при увеличении спроса на транспортные услуги, что неизбежно приводит к приращению трафика на городских дорогах, являющегося причиной многих транспортных проблем. К последним чаще всего относят неравномерное распределение ТС по городским маршрутам, образование автомобильных пробок, повышение уровня шума, увеличение экологической нагрузки на определенных участках городских дорожных сетей, а также дополнительный расход горюче-смазочных материалов. Эффективное решение возникающих проблем возможно, когда специалисты в области транспорта имеют достаточный уровень подготовки и квалификации, который должны обеспечить высшие учебные заведения. Данный процесс невозможно представить без использования современных информационных технологий в образовании.

Сегодня в вузах присутствует практика использования современных программных продуктов в учебном процессе, которые позволяют создавать имитационные модели улично-дорожных сетей (УДС), транспортных узлов и сообщений, а также пешеходных маршрутов разной степени сложности.

На данный момент кафедра автомобильного транспорта Криворожского национального университета в основном направляет усилия на рассмотрение вопросов технической эксплуатации, обслуживания и ремонта как автотранспортных средств общего пользования, так и специализированного автотранспорта. В то же время, реализации потенциала программных продуктов для повышения качества образования и эффективности процесса обучения новейшим транспортным технологиям уделялось недостаточное внимание.

Исходя из этого, актуальной задачей является внедрение современного программного обеспечения в дисциплины профессиональной и практической подготовки бакалавров и магистров Криворожского национального университета [1].

Анализ последних исследований и публикаций. Программы имитационного моделирования улично-дорожных сетей имеют возможность поддержки различных математических транспортных моделей, в том числе детерминированных, с устойчивой причинно-следственной связью между состояниями транспортного потока, и стохастических, использующих аппарат теории вероятностей.

По признаку дискретности времени выделяют статические модели, усредняющие параметры транспортных потоков за временные интервалы, и динамические, работающие в онлайн-режиме. Для расчета корреспонденций между узлами транспортной сети в группе динамических используются также гравитационная, энтропийная, модель конкурирующих возможностей Стауффера и другие модели семейства «конкурирующих центров». Отдельную группу составляют модели-аналоги, в которых транспортный поток рассматривается в качестве сжимаемой жидкости, моделируемой с помощью уравнений Навье-Стокса, кинематических волн, ударных волн, уравнений внезапного перехода вещества в различные агрегатные состояния [2].

На рынке представлено огромное количество программ имитационного моделирования транспортных сетей, наиболее популярными из которых являются TransCad (Caliper Corp., USA), Transims (TRANSIMS Studio, USA), AnyLogic (The AnyLogic Company, Russia),EMME/2 (Montreal University, Сanada), VISSIM (компонент пакета PTV Vision, PTV AG, Karlsruhe, Germany), SimTraffic 6 (Transportation Analysis Software Leader, USA), MITSIM (Massachusetts Institute of Technology, USA), Aimsun (TSS-Transport Simulation Systems, Spain), Paramics (Portrait Software International, UK) [4;5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12].

Несмотря на множество средств имитационного моделирования, круг программ для использования в некоммерческих целях весьма ограничен. Одним из наиболее популярных программных решений для выявления факторов, влияющих на зарождение и формирование транспортных проблем и нахождения оптимальных путей их урегулирования, остается PTV VISSIM. Особенностями данной программы являются бесплатная студенческая версия и полная локализация на русском языке, что упрощает и ускоряет процесс ее освоения студентами. Стоит отметить, что студенческая версия отличается от коммерческой ограничением размера участка УДС и времени имитации. В то же время, функционал программы остается полноценным, что позволяет использовать ее при подготовке специалистов автомобильного профиля.

Целью работы является исследование возможностей среды имитационного моделирования PTV VISSIM для решения вопроса ее внедрения в учебный процесс транспортного факультета Криворожского национального университета.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Программа PTV VISSIM представляет собой полнофункциональный комплекс инструментов, предназначенных для моделирования перекрестков, регулируемых правилами приоритета или светофорами, транспортных развязок разных уровней сложности с целью анализа пропускной способности транспортных сетей (например, сети автомагистралей или городской улично-дорожной сети), оценки влияния типа пересечения дорог на пропускную способность (нерегулируемый перекресток, регулируемый перекресток, круговое движение, железнодорожный переезд, развязка в разных уровнях), анализа предложенных нововведений в дорожно-транспортной сети.

В программе реализованы функции фиксации времени проезда маршрута, образования заторов, определения длины очереди, уровня шума, расхода топлива, выхлопов вредных веществ. PTV VISSIM позволяет учесть процентное распределение различных видов и типов ТС в общем потоке, а также движение пешеходов. В базовом модуле программы предусмотрены 2D/3D визуализации, что позволяет создавать презентации и видеоролики о проделанной работе [3].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

С целью проверки возможностей и детального изучения программного комплекса PTV VISSIM необходимо разработать имитационную модель реального перекрестка в городе Кривой Рог, который бы характеризовался наличием нерегулируемых пешеходный переходов и потоков различных типов транспорта: общественного, в том числе маршрутных транспортных средств, трамваев, личного, с грузоподъемностью до 3,5 тонн. Этим требованиям удовлетворяет перекресток улицы Панаса Мирного и Южного Проспекта (9-й квартал), расположенного в Ингулецком районе (рис. 1), тем самым он способен задействовать большинство функций программного обеспечения.

Задачи, которые необходимо выполнить с помощью программы PTV VISSIM, составляют общую методику анализа. К ним относятся рассмотренные ниже.

1. Моделирование дорожного полотна на фоне топографической карты объекта исследования с созданием соответствующих направлений движения.

2. Нанесение на дорожное полотно пешеходных переходов и трамвайных путей.

3. Рассмотрение конфликтных зон с расстановкой приоритета движения согласно правилам дорожного движения.

4. Задача интенсивностей и состава транспортных и пешеходных потоков на входящих участках УДС.

5. Ввод в создаваемую модель возможных маршрутов ТС и отдельно общественного транспорта с расписанием интервалов их движения.

6. Ввод конкретных направлений пешеходных потоков с определенными интенсивностями.

7. Моделирование остановок общественного транспорта.

8. Пробная имитация модели для проверки ее адекватности.

9. Формирование списка результатов из необходимых для анализа параметров.

Выполнение перечисленных требований позволит использовать рассматриваемое программное обеспечение в качестве основы для моделирования участков УДС города, выполняемого студентами на практических занятиях по дисциплинам профессионального цикла подготовки.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Моделирование дорожного полотна на фоне топографической карты объекта исследования с созданием соответствующих направлений движения. Первоначальным этапом в создании имитационной модели участка УДС является построение дорожного полотна на топографической карте, которое реализовано с помощью функции «Отрезки», позволяющей задавать направление движения ТС, длину дорожного отрезка и его ширину, количество полос движения с визуализацией дорожного полотна (железная дорога, пешеходная зона, дорога серого цвета), тип манеры поведения водителя (город, автострада, пешеходная дорожка, велосипедная дорожка), продольный уклон дороги, критерии обгона ТС по полосе встречного движения, в том числе и общественного транспорта.

Пример построения участков дорог прямого направления с помощью рассмотренной функции для перекрестка улицы Панаса Мирного и Южного Проспекта изображен на рис. 2. Соединительные отрезки для автотранспортных средств показаны на рис. 3, а для трамвайных направлений - на рис. 4.

Нанесение на дорожное полотно пешеходных переходов. С помощью функции «Отрезки» также возможно нанести на дорожное полотно пешеходные переходы, при этом выбрав тип полотна «пешеходная зона» для возможности имитации передвижений пешеходов на данном участке УДС. При этом необходимо учитывать, что переходы должны соответствовать нормам планировки и застройки городских и сельских поселений ДБН 360-92 [13], в которых прописано, что их ширина принимается равной четырем метрам. Для визуализации пешеходной зоны при помощи функции «Разметка полос движения» на проезжую часть наносится разметка в виде зебры. Пример пешеходных переходов с соответствующей дорожной разметкой для исследуемого участка УДС представлен на рис. 5