close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

197.Врублевская С.С

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ВРУБЛЕВСКАЯ Светлана Семеновна
МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ
ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
В НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ
Специальность 05.13.10 – управление в социальных и
экономических системах
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж – 2012
3
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Подольский Владислав Петрович
Официальные оппоненты:
Самодурова Татьяна Васильевна, доктор технических наук, профессор,
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Воронежский государственный
архитектурно-строительный университет» / кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов, профессор
Азарнова Татьяна Васильевна, доктор технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Воронежский государственный университет» / кафедра математических методов исследования операций, профессор
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Защита диссертации состоится 25 мая 2012 г. в 1530 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.033.03 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:
394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 3220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан « 24» мая 2012г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Белоусов В.Е.
4
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Бесперебойное функционирование дорожнотранспортного комплекса является базовым условием устойчивого развития
экономики страны и социального благополучия населения. Автомобилизация, играя положительную роль в развитии экономики и общества, без соответствующего инфраструктурного подкрепления порождает ряд серьезных
проблем в области дорожного движения, имеющих далеко идущие последствия для социальной и экономической сферы. К наиболее серьезной из таких
проблем относится ограниченная пропускная способность сети автодорог,
сложившихся еще в советское время и по старым стандартам. В связи с постоянным ростом населения городов данная проблема рано или поздно станет актуальной в большинстве населенных пунктов.
Взаимосвязь автодорог и города очевидна. Основными особенностями
данных объектов является их большой срок службы и высокая стоимость, что
органически приводит к положению о том, что данная проблема для настоящего времени может решаться при сохранении данных объектов в настоящем
виде. Экономические расчеты показывают, что воздействие на дороги более
предпочтительно, чем на строения, хотя тоже не безболезненно с экономической точки зрения. Опыт многих крупных мегаполисов мира показывает, что
строительство новых и реконструкция существующих магистралей и дорог
при постоянном росте количества транспортных средств не позволяют полностью сократить разницу между пропускной способностью уличнодорожной сети (УДС) и уровнем спроса на автомобильные перевозки.
Реальное решение транспортной проблемы заключается в достижении
баланса между все возрастающим спросом на транспортные услуги с одной
стороны и реальной перевозочной способностью транспортного комплекса с
другой. Поэтому в техническую и организационную структуру регулирования дорожного движения надо закладывать не только управление транспортными потоками с целью увеличения пропускной способности отдельных видов транспорта или объектов транспортной инфраструктуры (например: отдельные маршруты автобусных перевозок или бессветофорное движение), а
обеспечение пассажирских и грузовых перевозок в целом по транспортной
сети города по требуемым маршрутам. В соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие транспортной системы России (2010 - 2015 годы)»
принимается значительный комплекс мер по решению транспортной проблемы: оснащение дорог объектами автоматизации, ремонт существующей инфраструктуры, изменение нормативной базы, повышение ответственности
участников дорожного движения и многое другое.
Пока данные меры не привели к требуемому эффекту – повышению
пропускной способности автодорог. Причина данного результата кроется не
только в отсутствии должных средств и ресурсов, но и в слабой координации
деятельности органами государственной власти и местного самоуправления в
данной области, а зачастую и их демотивированности к этому виду деятельности (например: постоянные задержки сотрудников ГИБДД при прибытии к
3
месту ДТП и т.д.). Механизмы страхования при организации дорожного
движения также используются не в полной форме. Необходимо создать органы управления и организации дорожного движения в городах, которые
должны обеспечить координацию усилий всех структур к решению транспортной проблемы.
В работе использованы труды таких авторов, разрабатывающих теорию
графов, как Ахо А., Басакер Р., Беллман Р., Беллмор М., Берж К., Гудман С.,
Евстигнеев В.А., Ерусалимский Я.М., Зыков А.А., Иванов Б.Н., Конвей Р.В.,
Литл Дж., Майника Э., Новиков Ф.А., Оре О., Рейнгольд Э., Романовский
И.В., Свами М., Уилсон Р., Харари Ф. Организация эксплуатационной работы на транспорте рассмотрена в трудах Буянова В.А., Зубкова В.Н., Кочнева
Ф.П., Мамаева Э.А., Осьминина А.Т., Прилепина Е.В., Сологуба Н.К., Смехова А.А., Тишкина Е.М., Угрюмова А.К., Шарова В.А., Эрлиха Н.В.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью изыскание нового научного подхода к задаче повышения обоснованности и эффективности решений, принимаемых в процессе управления и организации дорожного движения в крупных городах и обеспечивающих снижение временных затрат должностных лиц при организации взаимодействия с
органами государственной власти и местного самоуправления при существующем управленческом персонале для повышения пропускной способности, является актуальным в научном и практическом плане.
Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по плану инициативного гранта Российского фонда фундаментальных исследований: 10-07-00463 «Разработка математических моделей,
синтез методов и алгоритмов при управлении бизнес-процессами в системах
организационного управления».
Цель исследования заключается в разработке и экспериментальной
проверке эффективности системы управления дорожным движением в городских условиях, обеспечивающей сокращение временных затрат должностных
лиц при организации взаимодействия с органами государственной власти и
местного самоуправления за счет интеллектуализации их деятельности при
заданных критериях качества.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
проанализировать существующие системы управления и организации
дорожного движения крупных городов России и за рубежом и выявить основные проблемы их функционирования;
разработать модель для оценки загруженности автомагистралей города
по критерию скорости движения транспортных средств (ТС) и пропускной
способности;
сформировать модель взаимодействия органов государственной власти
и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями с целью повышения мотивированности при управлении и организации дорожного движения;
4
синтезировать комбинированный метод страхования ответственности
организаций обеспечивающих управление дорожным движением за результаты;
разработать механизм классификации показателей организации дорожного движения позволяющий на основе методов численной таксономии определять степень их важности и значимости при осуществлении мероприятий
по контролю дорожного движения;
разработать алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного движения в городах, позволяющий повысить пропускную способность УДС за счет улучшения качества принимаемых решений;
провести экспериментальные исследования предложенной структуры
системы управления и организации дорожного движения в городах для аналитического сравнения с существующими, проанализировать результаты и
получить оптимальный вариант.
Методы исследования. В работе использованы методы моделирования организационных систем управления, распознавания объектов, системного анализа, теории игр, теории графов, теории вероятности, теории принятия решений, искусственного интеллекта.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты,
характеризующиеся научной новизной:
1. Разработана модель для оценки загруженности автомагистралей города по критерию скорости движения транспортных средств и пропускной способности позволяющая проводить оценку в динамике функционирования за
счет использования модифицированного алгоритма для определения максимального потока;
2. Сформирован механизм классификации показателей организации дорожного движения позволяющий на основе методов численной таксономии
определять степень их важности и значимости при осуществлении мероприятий по контролю дорожного движения;
3. Синтезирована модель взаимодействия органов государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями,
позволяющая повысить их заинтересованность к выполняемым мероприятиям за счет нахождения Парето - оптимального равновесия;
4. Разработать механизм анализа дорожных ситуаций, обеспечивающий
минимизацию времени реакции диспетчеров на возникающие дорожные ситуации за счет использования аппарата искусственного интеллекта.
5. Получен алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного движения в городах, позволяющий повысить пропускную
способность УДС за счет улучшения качества принимаемых решений.
Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию,
обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на примерах, производственными экспериментами и многократной
проверкой при внедрении в практику управления.
5
Практическая значимость и результаты внедрения. На основании
выполненных исследований синтезированы методы, модели и алгоритмы
обеспечивающие управление и организацию дорожного движения в городских условиях с существенным сокращением временных затрат должностных лиц при организации взаимодействия с органами государственной власти и местного самоуправления за счет интеллектуализации их деятельности
при заданных критериях качества.
Использование разработанных в диссертации моделей и механизмов
позволяет многократно применять разработки, тиражировать их и осуществлять их массовое внедрение с существенным сокращением продолжительности трудозатрат и средств.
Разработанные модели используются в практической деятельности
следующих предприятий: ГУ «Межрегиональная дирекция по дорожному
строительству ДСД Центр» (Воронежский филиал).
Методы, алгоритмы и модели включены в состав учебного курса «Организация, планирование и управление дорожным комплексом», в Воронежском государственном архитектурно–строительном университете.
Апробация работы. Основные результаты исследований и научных
разработок докладывались и обсуждались на конференциях: международной научно-практической конференции «Образование, наука, производство и
управление» (Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2006 г.) и международной научной конференции «Сложные системы управления и менеджмент качества»
(Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2007 г.), четвертой международная научнопрактической конференции «Системы управления эволюцией организации»
(Санья, Китайская Народная республика, 2007 г.), международной научно технической конференции «Наука и технологии актуальные проблемы (9-14
апреля Ставрополь, 2007), «62 – 64 научно – технические конференции
ВГАСУ» (г. Воронеж 2007 – 2010 гг.); межд. науч.- практич. конференция
«Пожарная безопасность: проблемы и перспективы» (22 сентября 2010, г.
Воронеж); 65-й всероссийской научно-практической конференции «Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий», Пенза, 2010.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ
общим объемом 63 страницы (лично автором выполнено 23 с).
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, состоит в следующем: в работах [2], [4], [6], [9] автором разработана модель для
оценки загруженности автомагистралей города; в работах [5], [15] автору
принадлежит механизм классификации возникающих дорожных ситуаций; в
работах [8], [13], [14] автор разработал модель взаимодействия органов государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями; в работах [3], [12] автором предложен алгоритм извлечения
знаний для машины вывода; в работах [7], [10], [11] автору принадлежит алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного
движения в городах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех
глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит
6
134 страниц основного текста, 28 рисунков, 19 таблиц и приложения. Библиография включает 148 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновываются актуальность, описываются цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе проанализированы существующие варианты центров
управления дорожным движением городов и функционирующих на их базе
автоматизированных систем управления дорожным движением: АСУДД
«КС» (Екатеринбург, Тамбов, Тюмень, Томск), «Агат» (Санкт-Петербург),
«КОМКОН – АСУ ДД 2.2» (Москва), «Город-М1» (Минск), «SITRAFIC P2»
(фирма Siemens), рассматриваются схемы управленческой деятельности сотрудников центров управления дорожным движением, определены основные
объекты в структуре управления транспортными потоками улично-дорожной
сети города. Типовой вариант ЦУДД представлен на рис.1.
Рис.1. Типовой вариант ЦУДД
Рассмотрим существующую модель системы организации и управления
дорожным движением. Тогда, объектом управления является транспортный
поток M, перемещающийся по УДС L. Задача управления формулируется
следующим образом: необходимо организовать движение транспортного потока M так, чтобы обеспечить максимальную пропускную способность перекрестков. Имея поток Mi на участке схемы Li и воздействуя на него управляющим органом (центром организации дорожного движения) U, получим
другой поток Mj на следующем участке Li+1.
7
Решение данной задачи проводится на основе теории графов путем сопоставления множества сегментов улиц города графу Х, вершинами которого являются точки пересечения/соединения сегментов улиц города. Ребра
графа Х задаются по следующему правилу (матрица смежности): Хij= 1, существует участок дороги, соединяющий перекрестки i и j (длинной в 1 квартал), пригодный для проезда транспорта. Хij= 0, не существует таких участков дорог. Далее для нахождения кратчайшего пути используется один из алгоритмов теории графов, например алгоритм Дейкестры. При наличии отрицательных значений фактора можно использовать алгоритм Форда: Мура и
Беллмана. Однако применение данного аппарата имеет ряд недостатков: граф
Х- ориентированный по способу построения возможно определение пропускной способности на улицах с односторонним движением; возможные варианты задания весов дуг, что не позволит гарантировать увеличение пропускной способности УДС.
Таким образом, существующие модели управления транспортными потоками городов не могут помочь центрам управления дорожным движением
решить главную задачу – минимизацию заторов на перекрестках УДС, а рассмотренные варианты АСУДД в силу локальности применения и трудностями обусловленными отсутствием надежных методов прогнозирования распределения транспортных потоков при различных вариантах проектных решений и большого количества факторов, влияющих на интенсивность автомобильного транспорта имеют многовекторный характер. Необходимо решение следующих задач: разработать и обосновать модель интеллектуальной
системы управления транспортными потоками города позволяющую выявлять «узкие» места в ее функционировании; сформировать модель классификации автомагистралей и перекрестков города позволяющую определять
степень их важности и значимости при осуществлении мероприятий по
управлению транспортными потоками; синтезировать механизм прогнозирования состояний автомагистралей и перекрестков, который позволяет определить оптимальные режимы работы светофорных объектов для любого времени суток и года; разработать механизм анализа состояния загруженности
автомагистралей обеспечивающий минимизацию времени реакции диспетчеров на вероятности возникновения заторов.
В заключение первой главы приводятся критерии эффективности разрабатываемой системы организации и управления дорожным движением основными из которых являются: допустимое изменение абсолютных показателей количества заторов УДС; сокращение транзакционных издержек i l
WТИ   i  Z i  N i , определяющий долю снижения затрат диспетчеров ценi 1
тра управления дорожным движением на выполнение своих основных функций.
Во второй главе рассматриваются методы организации и управления
дорожным движением в населенных пунктах.
8
В первом параграфе описывается модель для оценки загруженности автомагистралей города по критерию скорости движения транспортных
средств и пропускной способности. Необходимо определить общее состояние системы управления для любого рассматриваемого момента времени.
Представим УДС, как ориентированную сеть с параметрами G=(N, А) ориентированная сеть, где N={1, 2,... ...,n} — множество перекрестков, А множество автомагистралей. Будем использовать специальный граф, вершины которого соответствуют перекресткам, а атрибуты этих вершин – конкретным направлениям движения ТС, стоп-линиям на подходах к перекресткам, на пешеходном переходе и железнодорожном переезде – являются границами участка, дуга – направления движения и пропускная способность Vij
(рис. 2).
Рис. 2. Фрагмент представления УДС в виде атрибутивной ориентированной сети для перекрестка 1
На рис.3 дано представление данного графа в виде списка смежных вершин.
Рис. 3. Представление графа УДС с помощью списков смежных вершин
Тогда при организации и управлении дорожным движением возникнет
задача определения пропускной способности дуг графа, как между
перекрестками, таки между атрибутами сети в динамике. Рассмотрим ребро (i,
j) – направления движения между атрибутами вершин графа с пропускной
способностью (Vij, Vji), тогда - (vij, vji) – остаточные пропускные способности.
9
Для перекрестка j, получающего транспортный поток от перекрестка i,
определим метку [i, aj], где aj – величина потока, протекающего от узла j к
узлу i.
Рассмотрим алгоритм нахождения пропускной способности в атрибутивном графе УДС.
Шаг 1. Для всех ребер (i, j) положим остаточную пропускную
способность равной первоначальной пропускной способности, т.е.
приравняем: (vij, vji) = (Vij, Vji). Назначим a1 = ∞ и пометим узел 1 меткой [-,
∞]. Отсюда i = 1.
Шаг 2. Определяем множество Qi как множество узлов j, в которые
можно перейти из узла i по ребру с положительной остаточной пропускной
способностью (т.е. vij > 0 для всех j  Qi). Если Qi ≠ Ø, выполняем третий шаг,
в противном случае переходим к шагу 4.
Шаг 3. Во множестве Qi находим узел k, такой, что
vik = max {vij} (при j  Qi)
Пусть ak = cik, тогда пометим узел k меткой [i, ak]. Если последней
меткой помечен узел стока (т.е. если k = n), сквозной путь найден, и мы
переходим к пятому шагу. В противном случае берем i = k и возвращаемся ко
второму шагу.
Шаг 4. Если i = 1, сквозной путь невозможен, и мы переходим к шагу
6. Если i ≠ 1, находим помеченный узел r, непосредственно предшествующий
узлу i, и удаляем узел i из множества узлов, смежных с узлом r. Полагаем i =
r и возвращаемся ко второму шагу.
Шаг 5. Обозначим через Np = {1, k1, k2, …, n} множество узлов, через
которые проходит p–й найденный сквозной путь от узла источника (узел 1)
до узла стока (узел n). Тогда максимальный поток, проходящий по этому
пути, вычисляется так:
ƒp = min {a1, ak1, ak2, …, an}.
(1)
Шаг 6. При m найденных сквозных путей максимальный поток
вычисляется по формуле
F = ƒ1 + ƒ2 +… + ƒm.
(2)
Имея значения начальных (Vij, Vji) и конечных (vij, vji) пропускных
способностей ребра (i, j), можно вычислить оптимальный поток через это
ребро следующим образом. Положим (α, β) = (Vij - vij, Vji - vji). Если α > 0,
поток, проходящий через ребро (i, j) равен α. Если же β > 0, поток равен β.
(Случай, когда одновременно α > 0 и β > 0, невозможен).
(1)
(1)
(1)
(1)
Шаг 7 Зададим строку D  (d1 , d 2 ,...d n ) , - магистрали между перекрестком 1 полагая, что d1(1)  0, d (j1)  ij , d (j1) ( j  i) i  j . В этой строке
есть вес  ij дуги ( ai , a j ) , если ( ai , a j ) существует и d j
(1)
Шаг 8.
d (j 2 )
∞.
( 2)
( 2)
( 2)
( 2)
Теперь определим строку D  (d1 , d 2 ,...d n ) , полагая
min{ d j , d k  kj }, k=1,…,n.
(1)
(1)
10
Вычисляем нижнюю оценку стои-
мости атрибутивной сети по критерию скорости движения транспортных
средств сети с М ребрами: W*=(W1*+W2*)/2 .
Шаг 9 Проверяем ограничения Wcт ≤ Wmin. Если ограничения не выполняются, то генерируется очередной граф с М ребрами, проверяются ограничения и далее действия повторяются.
Таким образом, получен модифицированный алгоритм Форда-Белмана
для определения загруженности УДС в динамике по критериям пропускной
способности и скорости движения, что позволит диспетчерам ЦОДД упреждающе реагировать на возникающие ситуации.
Рассмотрим пример такого расчета. Граф для фрагмента УДС представлен
на рис. 4.
Рис. 4. Фрагмент атрибутивной УДС
Для данного графа проводится 6 итераций модифицированного алгоритма. Результаты вычислений сведены в табл. 1.
Таблица - 1
11
Поток f = 18 является максимальным, а множество дуг (S;V1); (S;V2);
(S;V3) составляют минимальный разрез сети.
Во втором параграфе рассмотрен механизм классификации показателей организации дорожного движения позволяющий на основе методов численной таксономии определить степень их важности и значимости при осуществлении мероприятий по контролю дорожного движения.
Показатели организации движения представляют собой, численные значения основных характеристик транспортных потоков: Показатели интенсивности движения: среднегодовая среднесуточная интенсивность движения в центральном деловом районе в приведенных единицах; среднегодовая
среднесуточная интенсивность движения в жилых зонах в приведенных единицах; среднегодовая среднесуточная интенсивность движения в промышленной зоне в приведенных единицах и т.д. Показатели скорости движения:
средняя реализуемая мгновенная скорость на магистральных дорогах непрерывного движения; средняя реализуемая мгновенная скорость на магистральных дорогах регулируемого движения; и т.д. Показатели плотности
движения: количество легковых автомобилей на 1 км ДС; суммарное количество автомототранспортных средств на 1 км ДС; суммарное количество
индивидуальных легковых транспортных средств и транспортных средств
общего пользования на 1 км ДС. Показатели состава потока: процент легковых автомобилей в общем числе зарегистрированных автотранспортных
средств; процент грузовых автомобилей в общем числе зарегистрированных
автотранспортных средств; процент автобусов в общем числе зарегистрированных автотранспортных средств. Показатели пропускной способности:
коэффициент загрузки движением в центральном деловом районе; коэффициент загрузки движением в жилых зонах; коэффициент загрузки движением в промышленной зоне; средний коэффициент загрузки движением в городе; протяженность дорожной сети, не удовлетворяющей пропускной способности.
Пусть A  aij
n
1
— матрица попарных показателей связи между n показа-
телями с номерами из множества N={1,2,…,n}.
Тогда пара R m , r , где Rm={R1, ..., Rm} представляет структуру основных связей - принадлежность показателя к какому-либо классу существенности и важности для данной магистрали УДС.
Тогда, если:
- rkl=1, то связь от Rk К Rl «существенна»;
- rkl = 0, то связь от Rk К Rl «несущественна».
Задача выявления макроструктуры R m , r состоит в том, чтобы максимизировать функционал:
m
m
F1 ( R m , r )   rkl   (aij  a) ,
k 1 l 1
12
iRk jRl
(3)
где а — порог значимости показателей конкретного класса, который неявно
учитывается функционалом F1(Rm, r).
Тогда множество связей aij имеющие значения большие порога а — считаем значимыми, а меньшие — незначимыми.
Таким образом, порог а задает степень учитываемой «далекости» объектов, т.е. насколько различаются показатели по своим характеристикам. Величина порога а является средним всех аij, i≠j. Поскольку разбиение Rm фиксировано, то максимальное значение функционала F1(Rm, r) достигается на



матрице: r  rkl 1 , где  rkl  1    (aij  a)  0 .
m
iRk jRl
Необходимо найти такое разбиение Rm из множества всех разбиений на
т классов значимости, чтобы максимизировать функционал:
m
m
F2 ( R m )     (aij  a)
(4)
k 1 l 1 iRk jRl
Пусть bpq    (aij  a) при Rp, Rq  Rm; p, q=1, ..., m, a b+, b- — соотiR p jRq
ветственно суммы всех положительных и отрицательных чисел из bkk, bkl, blk,
n
bll. Тогда матрица B = bkl 1 такова, что bkl = аkl,-а; k, l=1, ..., п. Ищем пару Rk,
Rl  Rn. так, чтобы минимизировать значение функционала f(k, l, Rn). Строим
новое разбиение Rn-1 = { R1' ,..., Rn' 1 }, где:
 Ri если i  k
 R  R если i  k
 k
l
'
Ri  
 Ri , если k  i  l
 Ri1 , еслиl  i  n  1.(5)
Далее производим начальное разбиение Rm и соответствующей ему
m
матрицы r  rkl 1 .На р-м шаге производится просмотр всех показателей в порядке номеров значимости. Если показатель i находится в классе Rk и
Rk\{i}Ø, то он поочередно переносится в каждый другой класс Rl, где l≠k, и
вычисляется изменение F(i, k, l) значения функционала F1 (Rm, r):
m
m
F (i, k , l )   (rlt  rkt )  (aij  a)   (rsl  rsk )   (aij  a)
t 1
iRt
s 1
jRs
(6)
Показатель i помещается в класс значимости с номером l, на котором
достигается max F (i, k , l )  0 .
1l m
Если для F(i, k, l)<0, то вычисляется матрица r , соответствующая получившемуся разбиению R m .
В третьем параграфе рассматривается модель взаимодействия органов
государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями, позволяющая повысить их заинтересованность к вы-
13
полняемым мероприятиям за счет нахождения Парето - оптимального равновесия.
Построим игровую модель класса Г3 на основе взаимодействия является
взаимодействие игроков – центров (ГИБДД, ЦУДД, муниципалитета, страховой компании) и подчиненного им агента (подрядчиков и дорожных служб
города) (рис. 4).
Рис. 4. Игровая модель класса Г3
Для преодоления недостатков в организации и управлении дорожным
движением используем идею страхования ответственности перед третьими
лицами участников системы организационного управления (СОУ).
Тогда, пусть в страховом договоре оговаривается, что страховой взнос
каждого страхователя определятся сообщенными оценками вероятностей наступления страхового случая, то есть ri(s) = si Qi, а после наступления страховых случаев возмещение осуществляется пропорционально собранному
страховому фонду R(s) =  ri (s) , то есть
i I
hi(s) = (s) Qi, i  I, (7)
где (s) = коэффициент страхового возмещения, определяемая исходя из соотношения между страховым фондом R(s) и необходимым объемом страхового возмещения H. Тогда, выбор зависимости () будет являться стратегией
управления ЦОУДД для участников СОУ.
Условием выгодности участия во взаимном страховании для i-го страхователя можно записать в виде:
si  (s) pi, i  I.
(8)
При использовании стратегии управления:
(s) = min {R(s) / H, 1}, (9)
получаем, что сообщать правдивую информацию о своем типе участникам
схемы выгодно всегда, при этом сообщение страхователя не превышает ис-
14
тинного значения вероятности наступления страхового случая: si  (s) pi,
i  I.
Далее определим механизм смешанного страхования при котором используются ресурсы как промежуточных центров, так и страховой компании, который должен привести к эффективному распределению собираемых
страховых взносов и выплачиваемых возмещений. ГИБДД, ЦУДД, подрядчики и дорожные службы могут создать фонд взаимного страхования, а муниципалитет может гарантировать определенное возмещение потерь страхователю при наступлении у него страхового случая (например, компенсировать ему часть затрат на компенсацию ущерба третьим лицам и т.д.).
Пусть муниципалитет из своего страхового фонда R0 компенсирует i-му
страхователю часть xi(s) его страхового взноса si Qi, то есть
ri(s) = si Qi – xi(s), i  I, (10)
где размер компенсации определяется:
sQ
xi(s) = i i R0, i  I, (11)
W (s )
где W(s) =  si Qi .
iI
исходя из принципа прямых приоритетов.
Если hi(s) = W(s) Qi / W, i  I, то:
 s  xi ( s) = R0, R(s) = W(s),
iI
 pi hi ( s) = R(s).
(12)
iI
Тогда, ожидаемое значение целевой функции i-го страхователя имеет
вид:
Efi(s) = gi – si Qi +
si Qi
R0 + pi Qi [W(s) / W – 1], i  I. (13)
W (s )
Определим равновесие Нэша s* в игре страхователей (Г3). Для этого,
введем:
pQ
i = 1 - i i , i  I, (14)
W
определим сообщения, доставляющие максимумы целевых функций страхователей:
W ( s)  si Qi
R0
= i, i  I. (15)
W 2 ( s)
Тогда:
si* = pi R0 / W, i  I. (16)
является равновесием Нэша, т.к. все сообщения страхователей неотрицательны и обеспечивают им не меньшее значение ожидаемой полезности, чем
при неучастии в смешанном страховании.
В итоге получаем:
ri(s*) = 0, i  I, (18)
15
xi(s*) =
pi Qi
R0, i  I. (19)
W
Таким образом, ЦОУДД используя механизм управления на основе (s)
получает возможность влиять на деятельность участников дорожного движения с точки зрения повышения их качества.
В четвертом параграфе рассматривается механизм анализа дорожных
ситуаций, обеспечивающий минимизацию времени реакции диспетчеров на
возникающие дорожные ситуации за счет использования аппарата искусственного интеллекта.
Пусть A  {al , l  1, D} - множество альтернатив организации дорожного
движения, причем каждая альтернатива описывается набором параметров, а
оценивается - набором показателей X  {X i , i  1, I } (повышение пропускной
способности магистрали), значения которых могут быть вычислены на основе информации о параметрах. Зависимость между различными параметрами
и показателями может быть известна лишь приближенно, и выражена набором высказываний вида
(20)
g t : ЕСЛИ Lt , то X i  H
где Lt - логическое высказывание вида
Lt : Y j  G j t  ...  Y j  G j t ;
1
1
m
m
{Y j ,...,Y j }  Y .
Высказыванию может быть присвоено некоторая степень уверенности
  [0,1] в его истинности. Более сложные высказывания состоят из нескольких простых условных высказываний (1), соединенных связкой "иначе":
ЕСЛИ L*1 то X i  H i
иначе
(21)
,
*
ЕСЛИ Ln1 то X i  H n1 иначе X i  H n
Альтернативы могут быть вероятностными, когда параметры принимают значения G jk с вероятностью  jk , причем  jk могут быть числовыми,
нечеткими или лингвистическими.
Подготовка информации для решения задачи. Обозначим
1
*
m
*
Lt  L1  ...  L t . Тогда (20) можно записать в виде
Если L1 , то X i = H 1
Если L2 , то X i = H 2
(22)
……………………
Если Ln , то X i = H n
Каждая строка (22) является простой условной гранулой. Совокупность
гранул представляет собой свидетельство
E  {g1 ,...,g n }
(23)
На основе информации, заключенной в (23), можно сформулировать
нечеткое отношение R между показателем X i и параметрами Y j  Y , исполь-
зуемыми в свидетельстве Е.
16
Каждое свидетельство Е может быть отражено в виде семантической
сети (рис. 3).
Рис. 5. Представление высказывания в виде участка сети
Будем записывать факт выводимости значения X на основании свидетельства Е в виде
X  E (Y E )
(24)
Далее рассмотрим алгоритм анализа реальных ситуаций УДС синтезированным в представленной модели (в качестве основы применялся подход
Демпстера для комбинирования свидетельств) работающий по принципам
машины вывода для экспертных систем. Значение показателя состояния
УДС X i может сравнивается с эталонным посредством волнового алгоритма
последовательного возбуждения вершин. Значения исходных параметров, необходимые для вычисления значений показателей, должны быть предварительно заданы. Начальные вершины, соответствующие этим параметрам,
считаются возбужденными. Суть алгоритма заключается в последовательном
возбуждении вершин, которые имеют хотя бы один синапс, все входные дуги
которого исходят из возбужденных вершин.
Алгоритм анализа значений показателей функционирования УДС.
Шаг 1. Формируется множество M 1 целевых вершин, т.е. вершин, соответствующих показателям, значения которых необходимо вычислить.
Шаг 2. Формируется множество M 2 всех вершин сети.
Шаг 3. Отыскивается вершина m M 2 , из которой можно попасть в
какую-либо вершину S  M 1 за один шаг. Если нет такой m, то переходим к
шагу 5.
Шаг 4. Включение вершин m в множество M 1 : M 1  M 1  m . Исключение вершин m из множества M 2 : M 2  M 2 \ m . Переход к шагу 3.
Шаг 5. Формируется множество S1 возбужденных вершин сети, которые принадлежат M.
Шаг 6. Формируется множество S 2  M 1 \ S1 .
17
Шаг 7. Для каждой s  S 2 проверяется возможность возбуждения одного из синапсов на основании информации о возбужденности вершин S1 .
Если синапс может быть возбужден, то с учетом отношений, обозначенных
на входных дугах, вычисляется значение показателя, которому соответствует
вершина, последняя заносится в список возбужденных вершин: S1  S1  s ,
S 2  S 2 \ s . Если s соответствует интересующему нас показателю (является
коночной вершиной), то искомое значение найдено, и алгоритм успешно завершается.
Шаг 8. Если на шаге 7 хотя бы одна вершина была добавлена в S1 , то
переходим к шагу 7. Если на шаге 7 ни одна вершина, ни добавлена в S1 , то
искомое значение не может быть вычислено, алгоритм заканчивается безрезультатно.
В пятом параграфе рассмотрен алгоритм функционирования системы
управления и организации дорожного движения в городах, позволяющий
повысить пропускную способность УДС за счет улучшения качества принимаемых решений.
Задача оптимального управления для диспетчера центра управления и
организации дорожного движения формулируется следующим образом:
U il (t )  Qil ( xi , xi , wi , кзнач , кважн ), .
(25)
То есть диспетчер, получая данные анализа реального состояния УДС
по загруженности ТС должен принять решение, направленное на упреждение
«пробок», а при невозможности на минимизацию времени их устранения. В
случаях возникновения ситуаций требующих вмешательства в работу ЦУДД
(аварии на перекрестках, снежные заносы, гололед и т.д.) строятся платежные матрицы для различных служб, отвечающих за организацию дорожного
движения и затем и набора их действий с целью минимальных затрат по ликвидации последствий нештатных ситуаций.
Выбор служб и перечень рекомендуемых для них минимальных действий определяется на основе максиминного критерия Вальда:
/
Выбор данного критерия обусловлен тем, что в условиях резкого
ухудшения дорожной ситуации, вызванной нештатными воздействиями выбирается стратегия, обеспечивающая в худших условиях максимальный результат.
В третьей главе рассмотрены экспериментальные исследования предложенной структуры для системы организации и управления дорожным
движением города, проанализированы результаты и получен оптимальный
вариант.
В первом параграфе рассмотрены требования к СОУДД которая предназначена для организации движения транспортных средств населенных
пунктах (рис.6). Основные, требующие решения, задачи ЦОДД, в сфере организации дорожного движения: обеспечение и регулирование взаимодействия властей муниципальных образований, входящих в состав региона, при
18
разработке и реализации планов и программ управления транспортным спросом и организации дорожного движения местного уровня; согласование конкретных мероприятий по управлению транспортным спросом и организации
дорожного движения, проводимых местными властями, в случае если эти мероприятия затрагивают дорожную сеть регионального значения; разработка
комплексных транспортных схем и комплексных схем организации дорожного движения в составе документов территориального планирования на основе
принципов государственной политики в данной сфере; разработка и реализация программ мероприятий по управлению транспортным спросом и организации дорожного движения на основе принятых документов территориального планирования и планировки территории.
Рис. 6. Схема организации и управления дорожным движением с использованием интеллектуальной поддержки
Во втором параграфе на основании проведенных исследований предлагается добавить к существующим показателям качества управления дорожным движением добавить следующие: показатели транспортноэксплуатационного состояния дорожной сети города: протяженность дорожной сети, не удовлетворяющей требованиям к покрытиям проезжей части
(просадки, выбоины, иные повреждения, затрудняющие движение транспортных средств); протяженность дорожной сети, не удовлетворяющей требованиям к покрытиям проезжей части по ровности; протяженность дорожной сети, не удовлетворяющей требованиям к покрытиям проезжей части по
коэффициенту сцепления; протяженность дорожной сети, не удовлетворяющей требованиям к покрытиям проезжей части по несущей способности, в
том числе: магистрали агломерационного значения; магистрали общегородского значения; магистральные дороги районного значения; местная сеть
проездов и дорог.
19
В третьем параграфе дается оценка эффективности разработанным методам и алгоритмам. Выбраны системы для организации ЦУДД города с населением около 1 млн. жителей. Внешние инвестиции составляют. Дополнительный годовой доход бюджета: 360000 рублей. Экономия бюджета: 300000
рублей. Окупаемость, меньше одного года.
В заключении приводятся основные теоретические и практические результаты и выводы диссертационной работы. Приложение содержит материалы о внедрении результатов диссертации.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ
В ходе выполнения диссертационного исследования получены следующие основные результаты:
- проанализированы существующие системы управления и организации
дорожного движения крупных городов России и за рубежом и выявлены основные проблемы их функционирования;
- разработана модель для оценки загруженности автомагистралей города по критерию скорости движения транспортных средств (ТС) и пропускной
способности;
- сформирована модель взаимодействия органов государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями с
целью повышения мотивированности при управлении и организации дорожного движения;
- синтезирован комбинированный метод страхования ответственности
организаций обеспечивающих управление дорожным движением за результаты;
- разработан механизм классификации показателей организации дорожного движения позволяющий на основе методов численной таксономии
определять степень их важности и значимости при осуществлении мероприятий по контролю дорожного движения;
- разработан алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного движения в городах, позволяющий повысить пропускную способность УДС за счет улучшения качества принимаемых решений;
- проведены экспериментальные исследования предложенной структуры системы управления и организации дорожного движения в городах для
аналитического сравнения с существующими, проанализировать результаты
и получить оптимальный вариант. Выбраны системы для организации ЦУДД
города с населением около 1 млн. жителей. Внешние инвестиции составляют.
Дополнительный годовой доход бюджета: 360000 рублей. Экономия бюджета: 300000 рублей. Окупаемость, меньше одного года.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
Статьи, опубликованные в изданиях, определенных ВАК РФ:
1. Врублевская С.С. Метод минимизации упущенной выгоды. [Текст]
/Баркалов С.А., Врублевская С.С., Семенов П.И., Серебряков Е.А.// «Систе20
мы управления и информационные технологии» науч./тех. журнал №3 (25)
Москва-Воронеж, 2006 – С. 29-34.
2. Врублевская С.С. Модель определения вариантов содержания инженерных объектов. [Текст] / Баркалов С.А., Врублевская С.С., Курочка
П.Н., Ломиногин А.С.// Системы управления и информ. Технологии Науч.тех. журнал №1 (27) Москва – Воронеж, 2007 – С. 35-39.
3. Врублевская С.С. Алгоритм вычисления нечеткого критического
пути. [Текст] / Врублевская С.С., Федорова И.В., Шиянов Б.А. // ВЕСТНИК
ВГТУ ТОМ 3, № 7, 2007 - С. 113 – 117.
4. Врублевская С.С. Модель формирования правил для экспертной
системы управления движением транспорта крупного города. [Текст] /
Врублевская С.С., Джамрад Моутаз// «Системы управления и информационные технологии» науч./тех. журнал №№ 2.2 (36). Москва-Воронеж, 2009 –
С. 245-249.
5. Врублевская С.С. Инжиниринг бизнес-процессов в системах организационного управления. [Текст] / Белоусов В.Е., Врублевская С.С.//
ВЕСТНИК ВГТУ ТОМ 6, № 9, 2010 - С. 103 – 108.
Статьи, материалы конференций
6. Врублевская С.С. Определение оптимальной последовательности
операций при выполнении проекта. [Текст] / Врублевская С.С., Курочка
П.Н., Новиков А.А.// Материалы научно-практической конф. Образование,
наука, производство и управление 23-24 ноября 2006. Том 4.– С. 414-420.
7. Врублевская С.С. Решение задачи выбора множества объектов методом сетевого программирования. [Текст] / Буркова И.В., Врублевская С.С.,
Толстикова И.В.// «Материалы Международной научной конференции
Сложные системы управления и менеджмент качества, Старый Оскол 2007.
Том 2 (12-14 марта) – С. 11-14.
8. Врублевская С.С. Модели оптимизации плана ремонта дорог.
[Текст] /Врублевская С.С., Михайлова О.Н.// «Наука и технологии Актуальные проблемы (9-14 апреля Ставрополь 2007) . Материалы международной
науч. технич. конф. СевКавГТИ. (ТОМ 1) – С. 134-136.
9. Врублевская С.С. К вопросу о способах минимизации заторов при
управлении транспортными потоками с использованием светофорных объектов. [Текст] / Врублевская С.С., Дудин А.М., Шиянов Б.А.// Вестник СевКавГТИ научный журнал. Выпуск VII, 2007 – С. 129-134.
10. Врублевская С.С. Исследование моделей управления с использованием имитационных игр. [Текст] /Белоусов В.Е., Врублевская С.С., Ерохин
А.В.// Вестник СевКавГТИ научный журнал. Выпуск VII, 2007 – С. 135-139.
11. Врублевская С.С. Механизм агрегирования комплекса операций
размерности 3. [Текст] / Белоусов В.Е., Баркалов С.А., Врублевская С.С.//
«Системы управления эволюцией организации» Четвертая международная
конф., Санья, Китайская Народная республика, 2007 – С. 168-174.
21
12. Врублевская С.С. Проезд – везде и всегда. [Текст] /Врублевская
С.С., Черноусов И.Е.//Отраслевой журнал, М:. Издательство «Автомобильные дороги», № 3, 2006 - С. 54.
13. Врублевская С.С. Система управления транспортными потоками.
[Текст] /Белоусов В.Е., Врублевская С.С.// Материалы XXXVII нуч.-тех.
конф. по итогам работы проф.-преп. состава СевКавГТУ за 2007г. Том 3.
Изд-во Ставропольского технического университета. Ставрополь, 2008 – С.
70-72.
14. Врублевская С.С. Определение рациональных вариантов закупок на
основе сетевой модели. [Текст] / Врублевская С.С., Маилян А.Л.// Материалы XXXVII нуч.-тех. конф. по итогам работы проф.-преп. состава СевКавГТУ за 2007г. Том 3. Изд-во Ставропольского технического университета.
Ставрополь, 2008 – С. 72-77.
15. Врублевская С.С. Прогнозирование состояний сложных объектов
на основе метода группового учета аргументов. [Текст] / Врублевская С.С.,
Золоторев В.Н., Подольский В.П. // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Управление
строительством. Выпуск №3, 2011 – С. 179-183.
ВРУБЛЕВСКАЯ Светлана Семеновна
МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО
ДВИЖЕНИЯ В НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 20.04.2012. Формат 60х84 1/16. Усл.-печ. л. 2,0.
Бумага для множительных аппаратов. Тираж 100 экз. Заказ № .
_________________________________________________________
Отпечатано в отделе оперативной типографии Воронежского государственного
архитектурно-строительного университета
394006, Воронеж, ул. ХХ-летия Октября, 84
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
931 Кб
Теги
197, врублевская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа