Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Математическое моделирование процессов регулирования движения транспортных потоков в мегаполисах

Диссертация: Математическое моделирование процессов регулирования движения транспортных потоков в мегаполисах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Наконец, необходимо отметить принципиальнуюневозможность проведения масштабных натурных экспериментов? в сфере управления дорожным движением. Эта невозможность предопределена, во-первых, необходимостью обеспечения" безопасности движения, во-вторых, материальными и трудовыми затратами на проведение эксперимента (изменение разметки и дислокациидорожных знаков) и, в-третьих, тем, что серьезные… Читать ещё >

Содержание

  • В в едение
  • Глава 1. Анализ существующих математических методов моделирования транспортных потоков
    • 1. 1 Проблемы дорожного движения в мире и России
      • 1. 2. Математическое моделирование транспортных потоков
    • 1. 3- Перспективные направления исследований
  • Выводы по главе 1
  • Глава 2. Теоретические основы моделирования подсистемы дорога — транспортные потоки"
    • 2. 1. Цель и задачи моделирования
  • Усовершенствование методики составления дифференциальных
    • 2. 2. уравнений с использованием процессов Маркова
    • 23. Дорожные условия и режимы движения потоков
  • Особенности распределения интервалов между, автомобилями 2.4 на двухполосных дорогах
  • Расчет вероятности обгона при моделировании 2:5 движения автомобильного потока
    • 2. 6. Путь и время обгона в различных дорожных условиях
    • 2. 7. Стационарный режим. Моделирование и эксперимент
  • Моделирование движения автомобильного потока при переходных
    • 2. 8. режимах
  • Выводы по главе 2
    • Глава 3. Имитационное моделирование на ЭВМ движения транспортных потоков.
  • Особенности имитационного моделирования транспортных
    • 3. 1. ПОТОКОВ
  • Алгоритм и реализация имитационной модели движения транспорт
    • 3. 2. ных потоков на двухполосной автомобильной дороге
  • Описание блок-схемы и фз^нкционированиянмитационной модели движения транспортных потоков на двухполосной автомобильной
    • 3. 3. дороге
    • 3. 4. Оценка адекватности работы имитационной модели движения транспортного потока на двухполосных автомобильных дорогах
  • Имитационное моделирование вероятностных транспортных
    • 3. 5. потоков
  • Выводы по главе 3

Математическое моделирование процессов регулирования движения транспортных потоков в мегаполисах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы. В настоящее время остро стоит проблема управления транспортными потоками, особенно в больших городах. Увеличение количества транспортных средств (ТС) как личных, так и общественных, привело к перегруженности городских дорог, многочасовым пробкам, затруднению движения пешеходов, увеличению количества аварий и т. д.

Объектом управления в системе управления дорожным движением является транспортный поток, состоящий из технических средств (автомобилей, мотоциклов, автобусов и так далее). В то же времяводители автомобилей ведут себя на дороге и. реагируют на различныесобытия по-разному, не всегда предсказуемо,' что значительно усложняет анализ такой • системы. Таким образом, дорожное движение* представляет собой техносоциальную систему, что и определяет его специфику как объекта-управления. Даже рассматривая только технические* аспекты управления дорожным движением, необходимо иметь в виду, чтоэтот объект весьма своеобразен и сложен с точки зрения управления его свойствами.

Городские транспортные потоки обладают следующими особенностями.

Во-первых, это стохастичность транспортных потоков: их характеристики допускают прогноз только с определеннойвероятностью. Транспортный поток движется по транспортной сети, которая также обладает определенными характеристикамидопускающими более или менее строгое1 описание, и которые являются нестационарными.

Во-вторых, это нестационарность транспортных потоковпричем колебанияих характеристик происходят как минимум в трех циклах: суточном, недельному сезонном.

В-третьих, это неполная управляемость, суть которой состоит в том, что даже при наличии полной информации о потоках и возможности информирования, водителей о необходимых действиях, эти требования носят рекомендательный характер. Следовательно, достижение глобального экстремума любого критерия управления становится весьма проблематичным.

В-четвертых, это множественность критериев качества, таких как: задержка в пути, средняя скорость движения, прогнозируемое число ДТП, объем вредных выбросов в атмосферу и т. д. Большинство характеристик взаимосвязаны и выделить какую-либо одну не представляется возможным.

Пятой особенностью дорожного движения как объекта управления является сложность и даже невозможность замера даже основных характеристик, определяющих качество управления.5 Так, оценка величины интенсивности движения требует либо наличия датчиков транспортных потоков, на всех направлениях их движения, либо использования данных аэрофотосъемки, либо проведения. трудоемкого ручного обследования.

Наконец, необходимо отметить принципиальнуюневозможность проведения масштабных натурных экспериментов? в сфере управления дорожным движением. Эта невозможность предопределена, во-первых, необходимостью обеспечения" безопасности движения, во-вторых, материальными и трудовыми затратами на проведение эксперимента (изменение разметки и дислокациидорожных знаков) и, в-третьих, тем, что серьезные изменения в комплекснойсхеме организации" движения Г затрагивают интересы большого количества людей — участников движения:

Особенности транспортных систем делают невозможным построение адекватной аналитической модели, позволяющей исследовать варианты управления-в этой системе и ее характеристики в различных условиях. В то же время имитационное моделирование как метод исследования подобных объектов представляется обещающим подходом к решению этой проблемы: оно позволяет быстрои с хорошей точностью прогнозировать характеристики сложных систем подобной природы и оптимизировать существенные параметры, выбирая соответствующие параметры оптимизации.

Отсутствие подобной методики, прекращение разработок в данном направлении, потеря интеллектуальной и научной базы, необходимой для исследований городских транспортных процессов, определяет актуальность настоящего диссертационного исследования.

Актуальность темы

определяет цель диссертационного исследованияразработка алгоритмов моделирования распределения транспортных потоков, учитывающие специфику передвижения транспорта в условиях крупных городов в сложившейся социально-экономической ситуации. Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. анализ существующих математических методов моделирования транспортных и пассажирских потоков;

2. развитие метода моделирования движения автомобильных потоков применительно к двухполосным дорогамкак основы для оценки транспортно — эксплуатационных характеристик автомобильных дорог- 1.

3'. разработки методов моделирования движения потока автомобилей в различных дорожных условиях при различных режимах;

4. разработать имитационную модель движения, которая дает возможность, с определенным приближением, имитировать, движение потоков автомобилей и прогнозировать основные транспортно-эксплуатационные показатели.

Объектом исследования являются способы моделирования распределения транспортных потоков.

Предметом исследования является наземный транспорт. Научную новизну диссертационного исследования составляют следующие положения:

— разработан способ моделирования движения автомобильных потоков для двухполосных дорог, основанный на использовании процессов Маркова, позволяющий формировать основные уравнения, решение которых обеспечивает получение вероятности свободного движения и плотности распределения потока;

— построена математическая модель транспортного потока, которая позволяет оценить транспортно-эксплуатационные качества участков дорог для различных режимов и учесть их при проектировании, улучшая показатели движения;

— разработана имитационная модель, которая позволяет адекватно, имитировать движение потоков автомобилей и прогнозировать основные транспортно-эксплуатационные показатели;

— разработан пакет программ, позволяющий моделирование процесса функционирования дороги, учитывающая дорожные условия^ с максимальной полнотой-отражать показатели дорожного движения. Теоретической и методологической основой исследования^ послужили методы математического моделирования1, и математического программирования, теории вероятности, линейного и динамического программированиятеории потоков в сетях.

Практическая значимость результатов исследования определяется направленностью использования разработанного инструмента моделирования в. реальных условиях.

Реализация работы. Результаты выполненных исследований" использованы" при оптимизации транспортных потоков г. Махачкала.

Апробация работы. Основные положенияи результаты диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференции «Автомобили» и безопасность движения" МФ МАДЩГТУ) (г. Махачкала, 2009 гг.), на< Международной конференции «Мухтаровские чтения»: Современные проблемы математики и смежные вопросы (Махачкала, 2010),' на XI Международной научно-практической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения (г. Пенза, 2010), на III» Международной научно-практической конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (г. Пенза, 2010 г), на Международной научно-практической конференции «Наука и современность-2011» (г.Новосибирск, 2011 г.).

Публикации. По теме и результатам исследования опубликовано 11 печатных работ, из них 2 в журнале по перечню ВАК РФ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 7 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Выполнен анализ проблемы, связанные с дорожным движением мегаполисов мира и России. Дан подробный обзор основных идей и методов в области динамического моделирования транспортных потоков. Построена математическая модель образования очереди у однополосного регулируемого перекрестка с однополосным движением.

2. Разработан метод моделирования-движения автомобильных потоков, основанный на использовании* процессов Маркова, отличающийся от известных методов и моделей потока учётом: количества полос движения, числа скоростных групп, неограниченногодиапазона вариаций' дорожных условий.

3. Установлены основные характеристики, движения" потока: плотность распределения^ скорости потока, отдельных типовых групп, одиночногоавтомобиля* ивероятность, свобо дного^ движения.

4. Разработан, метод составления дифференциальных уравнений^ движенияавтомобилей впотоке, обеспечивающий' получение значений основных характеристик движения^ потока:

5. Разработана методика моделирования^ движения-автомобилей в потоке при, его* различных режимах, позволяющая разработать алгоритмы и программы оценки транспортно-эксплуатационных качеств дорог.

6. Разработана схема переходов из каждого состояния в другое возможное состояние. Разработанная имитационная модель движения дает возможность, с определенным приближением, имитировать движение потоков автомобилей и прогнозировать основные транспортно-эксплуатационные показатели. 7 143.

Показать весь текст

Список литературы

  1. JI.C., Никурадзе Н. Ш. Анализ и построение диаграмм динамики транспортного потока на основе экспериментальных данных. // Сборник трудов? Грузинского-политехнического института- 1986. -№ 6: С. 19−26.
  2. В.И., Ильин Б. А., Кувалдин Б. И., Грехов Г. В. Сухопутныйтранспорт леса. М:.: Лесная промыпшенность, Т990: — 416 с.
  3. Баламирзоев- А. Г., Селимханов Д. Н., — Баламирзоев Р. А. Имитационноемоделирование вероятностных транспортных потоков // Весптак МДДИ> 2011.-№ 3. С. 66−69. '
  4. Баламирзоев' Р. Аї, Баламирзоев А. Г. Имитационное моделированиетранспортных потоковЖазанская наука- 2010-: №
  5. Р. А., Баламирзоев А. Г. Моделирование транспортных-потоков на? основе^ теорий" массового обслуживания// Наука и-. современностьт-2011: сбімат:УІЩ МНИЕС: т 3-х- частяк: Ч2'г': Новосибирск. Изд-во НГТУ, 2011, С. 144−147.
  6. P.A. Моделирование: динамикш транспортных* потоков" наоснове теории массового обслуживания// Актуальные проблемы: математики и смежные вопросы//Труды межвузовского: научного. семинара, Махачкала, ДГТУ.2011. С.16−19. ¦".,¦'
  7. Баламирзоев^Р.А^, Бала^шрзоев^А- Е-. Численные методы: рёшейия" задачтранспортного равновссия//Становление современной науки- 2011. 81 H^://wv^.rusriaukaicom/25 Tecnic/4?91852ldbc:litmi."
  8. P.A., Алжанбеков М. Г. Критерий оптимизации планаперевозок, учитывающий вероятностный характер перевозочного процесса// Журнал актуальной научной информации. Аспирант и соис-катель.-2010.-№ 3. С. 83−87.
  9. Р. А., Алжанбеков М. Г. Моделирование расчета скоростиавтомобилей при свободном движении/ Информационно-вычислительные технологии и их приложения/ C6.ct.IX МНПК, Пенза, 2010. С. 8- 11.
  10. В.Ф., Афанасьев М. Б. Васильев А.П. и др. Дорожные условия ирежимы движения автомобилей. М.: Транспорт, 1967. — 227 с.
  11. В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1982.-280 с.
  12. И.В. Исследование движения? автомобиля-при обгоне. Новосибирск: Строительство и архитектура, 1960: № 21— С.63−66.
  13. А.К. Влияние интенсивности автомобильного движения" на" егоскорость. Труды Харьковского автомобильно-дорожного института, 1957.-Вып. 19.-С. 15−22.
  14. А.К. Методы исследования* движения на автомобильных дорогах. Труды Харьковского автомобильно-дорожного института, 1954. -№ 17. С.13−33.
  15. Бируля-А.К. Исследование закономерностей автомобильного движениядля установления расчётных характеристик проектируемых дорог. -Труды Харьковского автомобильно-дорожного института, 1962t -Вып.9. С.8−20.
  16. А.П., Новиков A.B., Приходъко В. М., Таташев А. Г., Яшина М. В. Вероятностные и имитационные подходы к оптимизации" автодорожного движения. М.: Мир, 2003.
  17. Я. Условия безопасности при обгоне // Автомобильныйтранспорт.- 1959. -№ 11.-С.45−48.
  18. Васильев А. П- Состояние дорог и безопасность движения автомобилейв-сложных погодных условиях. М.': Транспорт, 1975. — 224 с.
  19. Д.П. Эффективность?автомобиля: М.: Транспорт, 1969.240 с.23: Еоворущенко Н. Я:. Основы: теории эксплуатации автомобилей- Киев: — Изд-во Высшая школа, 1971. — 232 с.
  20. Дороги щ транспорт лесной промышленности. Под ред: проф. И: И.
  21. Леоновича. Минск: Высшая>школа^-1979: — 415 с:
  22. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1972.-424 е.
  23. Дубелир Г. Д: Проектирование автомобильных дорог-. М-: Дориздат, ' • 1988. ¦ '•"•' '¦.-. • - • .
  24. В.М. Имитационное моделирование движения, транспортногопотока по дороге с двумя полосами движения.-В кН: Организация — движения в сложных дорожных условиях.-Труды МАДИ,. 1976,. вып.128,.с.114−122..: «-
  25. В.М., Живописцев И. Ф. Оценка условий, движенияавтомобилей в нестационарных транспортных потоков.-В кН.:* Повышение безопасности: движения на автомобильныхдорогах.-М-:ЩНТИ Концерна Росавтодор,. 1990, вып.4, с. 12−27.
  26. Замахаев М-С. Назначение ширины проезжей-части- автомобильных дорог. В кн.: Научные сообщения МАДИ- - М.: Автотрансиздат, 1956. -№ 6. — 200 с.
  27. Замахаев М: С. Обеспечить безопасность движения при обгоне автомобйлеш// Автомобильные дороги, 1956. № 12. — 0.21−231
  28. И.А., Некрасов В. К. Повышение, надежности- автомобильныхдорог. -М.: Транспорт, 1977. 183 с. Ъ2. Ладыженская О. А. Шестая проблема'- тысячелетия: уравнение Навье -Отокса, существование и гладкость // УМН, 2003. Т. 58. №. 2(350): С. 45−78.
  29. В.H. Влияние ширины проезжей части автомобильных дорог набезопасность и режимы движения транспортных средств. -М.: Высшая школа, 1972. -414с.
  30. В.Н. Наука управления автомобилем. М.: Транспорт, 1977.255 с.
  31. Инструкция по проектированию лесозаготовительных предприятий,
  32. ВСН 01−82. Л.: Гипролестранс, 1983.- 186 с.
  33. В.М., Филиппов В:В., Школяренко И.'А. Математическое моделирование и оценка условий движения автомобилей и пешеходов. -М.: Транспорт, 1979.-200 с.
  34. Кондрашова Е. В. Загрязнение атмосферы автомобильным транспортом
  35. Е.В. // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров ' оборудования и систем* управления лесного комплекса. Воронеж: ВГЛТА, 2003. С. 68−74.
  36. В.К. Лесотехнологические особенности лесовозных дорог.
  37. Воронеж: Политехнический институт, 1985. 85 с.
  38. В.К. Транспортные качества лесовозных дорог // М.:
  39. Е.М., Сильянов В. В., Ситников Ю. Н. Пропускная способностьавтомобильных дорог. М.: Транспорт, 1980. — 311 с.
  40. Методы оценки эффективности мероприятий по повышениютранспортно эксплуатационных качеств > дорог и безопасности движения. / Бабков В. Ф., Дивочкин» O.A., Пуркин В. И. — М.: Высшая школа, 1971. — 175 с.
  41. Метсон.Т.М., Смит У. С, Хард Ф. В. Организация движения. М.: Автотрансиздат, 1960. -463 с.
  42. A.A., Дмитрук A.B., Осмоловский Н. П. Принцип максимума в. оптимальном управлении. М.: МГУ, Мехмат. 2004.
  43. H.H. Математика ставит эксперимент. М.: Наука, 1979. — 223с.
  44. В.К. О классификации*автомобильных дорог СССР. В кн.:
  45. Исследование транспортных сооружений // изд. Томского университета. 1971. — С. 3−42.
  46. В.К. Оценка проектов дорог по их эксплуатационным показателям. // Автомобильные дороги, 1974. № 2. — С. 19−20.
  47. В.П., Шестаков Б. А. Техническая эксплуатацияавтомобильного транспорта на лесозаготовительных предприятиях. -М.: Лесная промышленность, 1985.-272 с.
  48. В.В. Влияние скорости на надежность работы водителя. //
  49. В кн.: Влияние скорости на режим и безопасность движения. М., 1980. С. 10−14.
  50. Оздоровление окружающей среды- городов. М.: изд. ЦНИИП Градостроительства, 1975. 29 с.
  51. Н.П. Оптимальная’величина расстояния видимости // Известия ВУЗов, сер. Строительство и архитектура, 1971. № 3. — С. 136 139.
  52. Описание и алгоритм программы технико экономического проектирования элементов автомобильных дорог // Изд. Минавтодора Каз. ССР, 1974. 64 с.
  53. А.Н. Основы проектирования’автомобилей. М.(: Машиностроение, 1968. 203 с.
  54. Певзнер Я. М, Тихонов А. А. Исследование статистических свойствмикропрофиля горных лесовозных автомобильных дорог // Автомобильная промышленность, 1964. № 1. — С. 20−22.
  55. В.Ф. Полноприводные автомобили. М: Машиностроение, 1981.-279 с.
  56. Построение современных систем автоматизации проектирования. / Жук
  57. К.Д., Тимченко А. А. Киев: Наукова-думка, 1983. — 248 с.
  58. О.С. Экономическая оценка свободного времени. В кн.:
  59. Проблемы расселения населения и развития непроизводственной сферы, изд-во ЦЭМИ АН СССР, 1976. С. 212−224'.
  60. Работа автомобильной шины. / Под ред. В. И. Кнороза. М.: Транспорт, 1976.-238 с.
  61. И.А. Распределение напряженности движения по ширинепроезжей части. // Труды Харьковского автомобильно-дорожногоинститута, 1937, сб. 2. С. 83−100.
  62. Р.В. Подвеска автомобиля и его колебания. М.: Машгиз, 1960.-180 с.
  63. A.A. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. -М.: Машгиз, 1963. 107 с.
  64. Сильянов В. В: Теория, транспортных потоков1 в проектировании дороги организации движения. М.: Транспорт, 1977. — 303 с.
  65. В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1984. — 287 с.
  66. Ю.М., Дивочкин O.A. Стадийное улучшение транспортноэксплуатационных качеств дорог. М.: Транспорт, 1973. 128 с.
  67. Г. С. Проблемы экономики.труда. М.: Наука, 1957. — 270 с.
  68. В.А. Взаимодействие автомобилей в транспортных потокахи его учет при проектировании дорог и организации движения: Автореф. дис. канд.техн.наук, изд. МАДИ, 1983. — 20 с.
  69. Ф. Математическая теория- транспортных? потоков., М.: Мир-.1966.-288 с. — •
  70. Я.В. Проектирование сетей автомобильных дорог. М.: Транс. порт, 1983.-207 с.
  71. Н.Ф. Технико экономические обоснования норм и технических условий на автомобильные дороги общей сети .СССР: В кн.: Доклады и обобщения на научно техническом--совещании по строительству автомобильных дорог, изд. СоюздорНИИ, 1963: — С. 35−93.
  72. Хорошилов Н: Ф-. Технико-эксплуатационная- оценка основных элементов автомобильных дорог при разработке проектно-системной• ' 151документации // Труды СоюздорНИИ. М.: Транспорт, 1968. — Вып. 19.-С 3−46.
  73. Ценообразование и тарифы на перевозки грузов автомобильным транспортом. / Русакова В. В, Канина Т. Ф., Соколов А. В. и др. М.: Транспорт, 1981. -174 с.
  74. Ю.Д. О целесообразном уровне загрузки двухполюсных автомобильных дорог. В кн. Развитие сети автомобильных дорог. — М.: Транспорт, 1971. -С. 27−20.
  75. Dunne C, Rothery W., Potts B! A discrete Marko V model of Vehicular traffic. «Transportation Science», 1968, Vol. 2. N5, pp. 94−116.
  76. Girlough D-Bt, Huber MiO- Traffic Flow Theory. «Transp: Res. Roard Spec. Report», 1975. № 165. — pp.220.
  77. Garavello M., Piccoli B. Traffic Flow on Networks. Volume 1 of AIMS Series on Applied Mathematics. AIMS, 2006.
  78. Jacobs F. Queues and Overtaking on Two-Lane Roads. Transportation and Traffic Theory. Proceedings of the sixth International Symposium of Transportation and Traffic Theory, 1974.-pp. 181−202.
  79. Kallberg H. Overtakins and plations on two-line rural roads. Espoo 1980, Technical Research Centre of Finland, Road and Traffic Laboratory, Report 61. —pp.* 104.
  80. Kerner B. Sc Introduction to modern traffic flow theory and, control. The long road to three -phase traffic theory. Springer, 2009.
  81. Kometani Eisi. On the theoretical solution-of highway traffic capacity under mixed traffic. «Mem. Tar. Eng., Kyoto Univ.», 1955. Vol.17. -pp.79−98.
  82. Miller A.D. A Quening model for Road Traffic Flow. «J. Roy. Statist. Soc», 1981, Vol. 23.Nl.-pp. 64−75.
  83. Mori M. Traffic Characteristics of Roads under Mixed Traffic. «Traffic Eng.», 1959, oct. pp. 25−28.
  84. Pestigay S. Le Calcui des Probabilites et la Circulation des vehicules sur les Chaussees a Deux on frois Voies, «Annales des Fonts et Chaussees», 1961, vol. 131, № 2, -pp. 145−225.
  85. Phillips W.S. A kinetic Model for Traffic Flow with Continiumimplications. Transportation Planning and Technology, 1979, vol. 3.-3.-p. 131−158.
  86. Prigogine I., Herman R. Kinetic theory of vehicular traffic. N.Y.: Elsevier, 1971.
  87. Zhang KM. A non-equilibrium traffic model devoid of gas-like behavior // Transp. Res. B, V. 36. 2002. P. 275−290.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!